Windows Socket 網絡編程 —— TCP/IP體系結構、特點及相關術語

前言：作爲一個MFC的初學者，在網絡通訊部分不能不學習的基本知識就是TCP/IP協議和Socket套接字，特意轉了www.vcbase.com 的一篇文章，共同學習。

原文地址: http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=472 作者: : 冰點工作室小鷹

一、TCP/IP 體系結構與特點

1、TCP/IP體系結構

TCP/IP協議實際上就是在物理網上的一組完整的網絡協議。其中TCP是提供傳輸層服務，而IP則是提供網絡層服務。TCP/IP包括以下協議：（結構如圖1.1）

(圖1.1)

IP：網間協議(Internet Protocol) 負責主機間數據的路由和網絡上數據的存儲。同時爲ICMP，TCP，UDP提供分組發送服務。用戶進程通常不需要涉及這一層。
ARP：地址解析協議(Address Resolution Protocol)
此協議將網絡地址映射到硬件地址。
RARP：反向地址解析協議(Reverse Address Resolution Protocol)
此協議將硬件地址映射到網絡地址
ICMP：網間報文控制協議(Internet Control Message Protocol)
此協議處理信關和主機的差錯和傳送控制。
TCP：傳送控制協議(Transmission Control Protocol)
這是一種提供給用戶進程的可靠的全雙工字節流面向連接的協議。它要爲用戶進程提供虛電路服務，併爲數據可靠傳輸建立檢查。（注：大多數網絡用戶程序使用TCP）
UDP：用戶數據報協議(User Datagram Protocol)
這是提供給用戶進程的無連接協議，用於傳送數據而不執行正確性檢查。
FTP：文件傳輸協議(File Transfer Protocol)
允許用戶以文件操作的方式（文件的增、刪、改、查、傳送等）與另一主機相互通信。
SMTP：簡單郵件傳送協議(Simple Mail Transfer Protocol)
SMTP協議爲系統之間傳送電子郵件。
TELNET：終端協議(Telnet Terminal Procotol)
允許用戶以虛終端方式訪問遠程主機
HTTP：超文本傳輸協議(Hypertext Transfer Procotol)
TFTP: 簡單文件傳輸協議(Trivial File Transfer Protocol)

2、TCP/IP特點
TCP/IP協議的核心部分是傳輸層協議(TCP、UDP)，網絡層協議(IP)和物理接口層，這三層通常是在操作系統內核中實現。因此用戶一般不涉及。編程時，編程界面有兩種形式：一、是由內核心直接提供的系統調用；二、使用以庫函數方式提供的各種函數。前者爲核內實現，後者爲核外實現。用戶服務要通過核外的應用程序才能實現，所以要使用套接字(socket)來實現。
圖1.2是TCP/IP協議核心與應用程序關係圖。

(圖1.2)

二、專用術語
1、套接字
它是網絡的基本構件。它是可以被命名和尋址的通信端點，使用中的每一個套接字都有其類型和一個與之相連聽進程。套接字存在通信區域（通信區域又稱地址簇）中。套接字只與同一區域中的套接字交換數據（跨區域時，需要執行某和轉換進程才能實現）。WINDOWS 中的套接字只支持一個域——網際域。套接字具有類型。
WINDOWS SOCKET 1.1 版本支持兩種套接字：流套接字(SOCK_STREAM)和數據報套接字(SOCK_DGRAM)

2、WINDOWS SOCKETS 實現
一個WINDOWS SOCKETS 實現是指實現了WINDOWS SOCKETS規範所描述的全部功能的一套軟件。一般通過DLL文件來實現

3、阻塞處理例程
阻塞處理例程(blocking hook,阻塞鉤子)是WINDOWS SOCKETS實現爲了支持阻塞套接字函數調用而提供的一種機制。

4、多址廣播（multicast，多點傳送或組播）
是一種一對多的傳輸方式，傳輸發起者通過一次傳輸就將信息傳送到一組接收者，與單點傳送
(unicast)和廣播(Broadcast)相對應。

一、客戶機/服務器模式
在TCP/IP網絡中兩個進程間的相互作用的主機模式是客戶機/服務器模式(Client/Server model)。該模式的建立基於以下兩點：1、非對等作用；2、通信完全是異步的。客戶機/服務器模式在操作過程中採取的是主動請示方式：

首先服務器方要先啓動，並根據請示提供相應服務：（過程如下）
1、打開一通信通道並告知本地主機，它願意在某一個公認地址上接收客戶請求。
2、等待客戶請求到達該端口。
3、接收到重複服務請求，處理該請求併發送應答信號。
4、返回第二步，等待另一客戶請求
5、關閉服務器。
客戶方：
1、打開一通信通道，並連接到服務器所在主機的特定端口。
2、向服務器發送服務請求報文，等待並接收應答；繼續提出請求……
3、請求結束後關閉通信通道並終止。

二、基本套接字
爲了更好說明套接字編程原理，給出幾個基本的套接字，在以後的篇幅中會給出更詳細的使用說明。
1、創建套接字——socket()
功能：使用前創建一個新的套接字
格式：SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int type,int procotol);
參數：af: 通信發生的區域
type: 要建立的套接字類型
procotol: 使用的特定協議

2、指定本地地址——bind()
功能：將套接字地址與所創建的套接字號聯繫起來。
格式：int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
參數：s: 是由socket()調用返回的並且未作連接的套接字描述符（套接字號）。
其它：沒有錯誤，bind()返回0，否則SOCKET_ERROR
地址結構說明：
struct sockaddr_in
{
short sin_family;//AF_INET
u_short sin_port;//16位端口號，網絡字節順序
struct in_addr sin_addr;//32位IP地址，網絡字節順序
char sin_zero[8];//保留
}

3、建立套接字連接——connect()和accept()
功能：共同完成連接工作
格式：int PASCAL FAR connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR * addrlen);
參數：同上

4、監聽連接——listen()
功能：用於面向連接服務器，表明它願意接收連接。
格式：int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

5、數據傳輸——send()與recv()
功能：數據的發送與接收
格式：int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
參數：buf:指向存有傳輸數據的緩衝區的指針。

6、多路複用——select()
功能：用來檢測一個或多個套接字狀態。
格式：int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds,
fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout);
參數：readfds:指向要做讀檢測的指針
writefds:指向要做寫檢測的指針
exceptfds:指向要檢測是否出錯的指針
timeout:最大等待時間

7、關閉套接字——closesocket()
功能：關閉套接字s
格式：BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

三、典型過程圖
2.1 面向連接的套接字的系統調用時序圖

2.2 無連接協議的套接字調用時序圖

2.3 面向連接的應用程序流程圖