第4讲TCP/IP网络编程1网络编程基础1网络编程基础1.1网络编程相关的基本概念Windows系统不但支持多进程，还支持多线程。当创建一个进程时，系统会自动创建它的第一个线程，称为主线程。然后，该线程可以创建其他的线程，而这些线程又能创建更多的线程。2．网络应用进程在网络体系结构中的位置从计算机网络体系结构的角度来看，网络应用进程处于网络层次结构的最上层。从功能上，可以将网络应用程序分为两部分，一部分是专门负责网络通信的模块，它们与网络协议栈相连接，借助网络协议栈提供的服务完成网络上数据信息的交换。另一部分是面向用户或者作其他处理的模块，它们接收用户的命令，或者对借助网络传输过来的数据进行加工，这两部分模块相互配合，来实现网络应用程序的功能。图1.2网络应用程序在网络体系结构中的位置3．实现网间进程通信必须解决的问题网间进程通信是指网络中不同主机中的应用进程之间的相互通信问题，网间进程通信必须解决以下问题：（1）网间进程的标识问题（2）如何与网络协议栈连接的问题（3）多重协议的识别问题（4）不同的通信服务的问题1．传输层在网络通信中的地位图1.3说明了基于TCP/IP协议栈的进程之间的通信的情况。按照OSI七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信的能力。TCP/IP协议提出了传输层协议端口（protocolport，简称端口）的概念，成功地解决了通信进程的标识问题。传输层是计算机网络中，通信主机内部进行独立操作的第一层，是支持端到端的进程通信的关键的一层。2．端口的概念从实现的角度讲，端口是一种抽象的软件机制，包括一些数据结构和I/O缓冲区。3．端口号的分配机制TCP/IP协议采用了全局分配（静态分配）和本地分配（动态分配）相结合的分配方法。对于TCP，或者UDP，将它们的全部65535个端口号分为保留端口号和自由端口号两部分。保留端口的范围是0—1023，又称为众所周知的端口或熟知端口（well-knownport），只占少数，采用全局分配或集中控制的方式，由一个公认的中央机构根据需要进行统一分配，静态地分配给因特网上著名的众所周知的服务器进程，并将结果公布于众。表1.1一些典型的应用层协议分配到的保留端口总之，TCP或UDP端口的分配规则是：端口0：不使用，或者作为特殊的使用；端口1-255：保留给特定的服务，TCP和UDP均规定，小于256的端口号才能分配给网上著名的服务；端口256-1023：保留给其他的服务，如路由；端口1024-4999：可以用作任意客户的端口；端口5000-65535：可以用作用户的服务器端口。图1.5客户与服务器的第一次通信4．进程的网络地址的概念在因特网络中，用一个三元组可以在全局中唯一地标识一个应用层进程：应用层进程地址=（传输层协议，主机的IP地址，传输层的端口号）这样一个三元组，叫做一个半相关（half-association），它标识了因特网中，进程间通信的一个端点，也把它称为进程的网络地址。5．网络中进程通信的标识一个完整的网间通信需要一个五元组在全局中唯一地来标识：(传输层协议，本地机IP地址，本地机传输层端口，远地机IP地址，远地机传输层端口)这个五元组称为一个全相关（association）。即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的全相关，或完全指定一对网间通信的进程。1．面向消息的协议与基于流的协议（1）面向消息的协议面向消息的协议以消息为单位在网上传送数据，在发送端，消息一条一条地发送，在接收端，也只能一条一条地接收，每一条消息是独立的，消息之间存在着边界。图1.6保护消息边界的数据报传输服务（2）基于流的协议基于流的协议不保护消息边界，将数据当作字节流连续地传输，不管实际消息边界是否存在。2．面向连接的服务和无连接的服务一个协议可以提供面向连接的服务，或者提供无连接的服务。面向连接服务是电话系统服务模式的抽象，即每一次完整的数据传输都要经过建立连接，使用连接，终止连接的过程。无连接服务是邮政系统服务的抽象，每个分组都携带完整的目的地址，各分组在系统中独立传送。3．可靠性和次序性可靠性保证了发送端发出的每个字节都能到达既定的接收端，不出错，不丢失，不重复，保证数据的完整性，称为保证投递。次序性是指对数据到达接收端的顺序进行处理。保护次序性的协议保证接收端收到数据的顺序就是数据的发送顺序，称为按序递交。1.4高效的用户数据报协议UDP传输层的用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）是一种尽力传送的无连接的不保障可靠的传输服务，是一种保护消息边界的数据的传输。1.1.5可靠的传输控制协议TCP3．TCP利用IP数据报实现了端对端的传输服务TCP被称作