网络编程序列1——理解网络编程

1.网络编程

引用百度百科的知识,网络编程即是使用套接字来达到进程间通信目的的编程。网络工程的主要工作是发送端把信息通过规定好的协议进行组包,在接收端接收并解析,从而提取相应的信息,达到通信的目的。网络编程=IP address +

port+ TCP/UDP;千千万万台计算机组成计算机网络,IP则能识别网络中的计算机,端口识别该计算机运行中的应用程序。

1.1.套接字(IP address +port)

进行网络通信的所需的五种信息:连接使用的协议、套接字(源IP地址和目的IP地址以及源端口号和目的端口号的组合)。

常用的TCP/IP协议的三种套接字类型:

n流套接字(TCP协议);

n数据包套接字(UDP协议);

n原始套接字(IP、ICMO协议);

区别在于:原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包,而流套接字只能读取TCP协议的数据,数据包套接字只能读取UDP协议的数据。

1.2.TCP协议

1.2.1.介绍

TCP(Transmission

Control Protocol传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

 在网络七层模型中,我编写的网络应用程序就位于应用层,而TCP属于传输层,大家知道在应用程序中我们用接口来分离实现,在应用层和传输层之间,则是使用套接字来进行分离。它就像是传输层为应用层开的一个小口,应用程序通过这个小口向远程发送数据,或者接收远程发来的数据;


1.2.2.功能

当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,TCP则把数据流分割成适当长度的报文段,最大传输段大小(MSS)通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元(MTU)限制。之后TCP把数据包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证报文传输的可靠,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据(假设丢失了)将会被重传。

1.2.3.三次握手

1.2.3.1.连接建立

TCP是因特网中的传输层协议,使用三次握手协议建立连接。当主动方发出SYN连接请求后,等待对方回答

TCP的三次握手

SYN+ACK,并最终对对方的SYN执行ACK确认。这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接,TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。

TCP三次握手的过程如下:


1.客户端发送SYN(SEQ=x)报文给服务器端,进入SYN_SEND状态。

2.服务器端收到SYN报文,回应一个SYN(SEQ=y)ACK(ACK=x+1)报文,进入SYN_RECV状态。

3.客户端收到服务器端的SYN报文,回应一个ACK(ACK=y+1)报文,进入Established状态。

三次握手完成,TCP客户端和服务器端成功地建立连接,可以开始传输数据了。

1.2.3.2.连接终止

建立一个连接需要三次握手,而终止一个连接要经过四次握手,这是由TCP的半关闭(half-close)造成的。具体过程如下图所示。

TCP连接的终止


(1)某个应用进程首先调用close,称该端执行“主动关闭”(active

close)。该端的TCP于是发送一个FIN分节,表示数据发送完毕。

(2)接收到这个FIN的对端执行“被动关闭”(passive close),这个FIN由TCP确认。

注意:FIN的接收也作为一个文件结束符(end-of-file)传递给接收端应用进程,放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后,因为,FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。

(3)一段时间后,接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。

(4)接收这个最终FIN的原发送端TCP(即执行主动关闭的那一端)确认这个FIN。[1]

既然每个方向都需要一个FIN和一个ACK,因此通常需要4个分节。

注意:

(1) “通常”是指,某些情况下,步骤1的FIN随数据一起发送,另外,步骤2和步骤3发送的分节都出自执行被动关闭那一端,有可能被合并成一个分节。

(2)在步骤2与步骤3之间,从执行被动关闭一端到执行主动关闭一端流动数据是可能的,这称为“半关闭”(half-close)。

(3)当一个Unix进程无论自愿地(调用exit或从main函数返回)还是非自愿地(收到一个终止本进程的信号)终止时,所有打开的描述符都被关闭,这也导致仍然打开的任何TCP连接上也发出一个FIN。

无论是客户还是服务器,任何一端都可以执行主动关闭。通常情况是,客户执行主动关闭,但是某些协议,例如,HTTP/1.0却由服务器执行主动关闭。

1.3.UDP

UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议,它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序的检查与排序由应用层完成,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。这里不作过多陈述。

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