福州大学网络程序设计考点完美版Word下载.docx
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提供非面向连接的和不可靠的简单的数据报服务
不可用于使用虚电路的面向连接的服务
主要用于面向查询/应答的服务
具有较高的效率，不须要花费开销建立连接；
常用于交换量较少的服务如：
NFS
每个客户机的请求都是独立和无序的
对客户机而言，每个服务器的应答都是独立和无序的
同一个客户端用同一个套接口可以与多个服务器收发数据包，反之也是
UDP协议增加了端口号的概念
不同的进程使用不同的端口
每个端口有一个惟一的整数标识
端口号分为公认端口和自由端口号两种
服务器使用公认端口号来提供服务
客户机使用自由端口号与服务器通信
小于1024的端口号被用做保留端口号，常被用来提供公共服务。
例如HTTP服务的标准端口号是80，FTP的标准端口号是21。
必须在应用程序上建立特性，确保可靠性
7、传输控制协议（TCP）
可靠性（本身不能保证把数据传送到对方，只是可靠投递或故障的可靠通知）
传输控制协议（TransmissionControlProtocol）
提供虚电路服务，它面向连接，提供可靠、双向、有序、无重复的数据流服务---无记录边界
可以解决网络通信中的数据丢失、重复、出错、无序等问题
TCP协议根据接收方所能接收信息的最大发送速度传输数据
并以接收方所能接收的最大发送长度把用户数据分段发送
其本身并不能保证把数据传送到对方，只是可靠投递或故障的可靠通知
协议描述
通信之前，必须先建立一条连接；
通信结束，应该断开连接
用确认和超时重传保证通信的可靠性
用序列号保持字节流的顺序；
为每个要发送的字节数据分配一个序列号，并将起始序列号通知对方
提供流量控制，接收方总是把它能接收的数据量告诉对方，设置了一个大小可变的接收窗口。
窗口大小在确认数据段中，通知对方，发送方据此发送数据
全双工信道
TCP不支持多点播送或广播
8、码位
码位：
URG（urgent）位：
如果使用紧急数据指针，则将这一位设置成1。
ACK（acknowledge）位：
如果确认序列号有效，则将这一位设置成1。
PSH（push）位：
表示“推”数据，如果这一位设置成1，则表示希望接收方在接收到这个数据段之后，立即将它传送给高层应用程序，而不是缓存起来。
RST（reset）位：
表示请求重置连接。
当TCP协议接收到一个不能处理的数据段时，向对方TCP协议发送这种数据段，表示这个数据段所标识的连接出现了某种错误，请求对方TCP协议将这个连接清除。
SYN（synchronize）位：
请求建立连接。
TCP用这种数据段向对方TCP协议请求建立连接。
在这个数据段中，TCP协议将它选择的初始序列号通知对方，并且与对方协议协商最大数据段的大小。
SYN数据段的序列号为初始序列号，这个SYN数据段能够被确认。
当协议接收到对方这个数据段的确认之后，建立TCP连接。
紧急指针：
如果设置了紧急指针位（URG），这个域指出紧急数据相对于这个数据段的开始序列号的偏移量。
TCP协议只提供一字节的紧急数据
紧急指针指向紧急数据的下一个字节位置。
9建立连接（三次握手）、图
建立连接
双方发送各自的同步请求，并收到对方确认
A→BSYNmysequencenumberisX。
A向B发送同步请求，附序号X
A←BACKyoursequencenumberisX。
B响应序号为X的A同步请求
A←BSYNmysequencenumberisY。
B向A发送同步请求，附序号Y
A→BACKyoursequencenumberisY。
A响应序号为Y的B同步请求
10、TCP连接终止
TCP连接终止
客户端调用close，主动关闭，发送FIN，表示数据发送完毕（假设客户端主动关闭）
服务器接收到FIN，被动关闭，由TCP确认这个FIN。
将文件结束符传递给接收端应用程序，表明应用程序再也接收不到数据
一段时间后，服务器调用close关闭它的套接口，也发送一个FIN
客户端收到FIN并确认
总之，每个方向都有一个FIN和ACK
11、标识一条连接，状态转换图
四个信息{本地IP地址、本地端口号、远地IP地址、远地端口号}
标识一条连接
TCP协议中，使用四个信息完全标识一条连接：
{本地IP地址、本地端口号、远地IP地址、远地端口号}。
连接一端的IP地址和端口号组成了一个套接口（socket）的地址部分。
连接双方的套接口组成一个套接口对，一个套接口对惟一地标识一条TCP连接。
12、TIME_WAIT存在的两个理由
TIME_WAIT状态存在的两个理由：
主动关闭的那端进入TIME_WAIT状态，持续时间是2个MSL（最大分节生命期）
可靠的实现TCP全双工连接的终止
假设最终的ACK丢失
允许老的重复分节在网络中的消逝
13、流控制传输协议特性
流控制传输协议（StreamControlTransmissionProtocol）
较新的协议
在客户和服务器之间提供关联，应用层提供可靠性、有序、流量控制以及全双工的数据传输服务。
（TCP）
面向消息的通信，提供各个记录按序投递服务，保护数据消息边界（UDP）
14、TCP.UDP
1）PDU
2）SDU
3）如何分片
TCP和UDP的PDU、SDU和分片（MSS，MTU）
PDU（协议数据单元）：
对等实体间交换的单位信息
SDU（服务数据单元）：
每层的PDU通过由相邻下层提供的服务接口，作为下层的SDU传递给下层，由下层间接完成本层的PDU交换
如果本层PDU大小超过紧邻下层的最大SDU，本层事先将PDU分片让下层载送，再在反方向上重组。
1.4网络编程模式与编程接口
1.客户机、服务器模式（C/S）
1）重复服务器
2）并发服务器
3）典型C/S模型
客户机/服务器模式（C/S模式）
服务器：
为应用提供服务的主机；
一直等待客户请求，以便为客户提供服务
客户机：
向服务器提出服务要求，并等待传回的结果
服务：
文件传送，电子邮件，远程登录，时间服务
网络应用的标准模型是C/S模型
C/S模型是非对称模型
重复服务器（iterativeserver），也称循环服务器
在同一个时刻只可以响应一个客户端的请求。
这种服务器上的进程能够预知在短时间内可以处理完请求，便亲自处理它。
例如，典型的服务是通报时间。
并发服务器（concurrentserver）
在同一个时刻可以响应多个客户端的请求。
这种服务器上的进程事先不能预知完成服务请求需要花多长时间，便以并发的方式处理它。
并发服务器通过激活别的进程来完成服务请求，而本身转入睡眠状态以等待另一个请求的到来。
典型的服务是处理文件信息，例如对文件的访问和打印文件。
1.6变元表。
环境表.gcc编译器。
gdb常用命令
变元表
变元表是用来向执行的程序提供参数的
指向字符串的指针数组
其长度可变，最大长度不应超过5120或10 240个字节
在C语言中变元表主要用argc，argv表示。
C语言的main函数格式为：
main（intargc，charargv[]）
{
…
}
main函数argc，argv参数根据需要可有可无
变元表存放在进程的数据空间中，进程可以使用这些参数
当一个程序被激活时，通常把这些参数放进初始堆栈
main（intargc，char*argv[ ]）
{
printf（"
argc：
%d\n"
，argc）；
argv：
%s"
，argv[0]）；
}
第二章基于TCP套接口的编程
2.2套接口和套接口地址
1、linux系统的套接口
套接口是两个通信通道上的端节点
套接口函数可以用来产生通信信道，通过信道两个应用程序间可以传送数据
Linux系统的套接口
网络编程接口，支持多种协议
套接口地址结构“sockaddr_”开头，并以对应协议族的唯一后缀结束
sockaddr_in、sockaddr_in6、sockaddr_un
通用的套接字地址结构
<
linux/sock.h>
structsockaddr
unsignedshortsa_family;
/*地址类型，AF_xxx，2个字节*/
charsa_data[14];
/*协议地址，14个字节*/
}；
//16字节
2、值—结果参数
值——结果参数
函数调用时，结构大小是一个值
告诉内核结构的大小，内核在写结构时不会越界
函数返回时，结构大小是一个结果
告诉进程结构中确实存在的信息量
若套接口地址结构为定长：
返回值是定长
sockaddr_in（16B）、sockaddr_in6（28B）
若套接口地址结构为变长：
返回值是比最大值小
sockaddr_un
3、网络字节顺序、主机字节顺序
网络字节顺序与主机字节顺
内存中存储字节的两种方法
将低序字节存储在起始地址：
小端字节序
将高序字节存储在起始地址：
大端字节序
将给定系统所用的字节序称为主机字节（hostbyteorder）
这两种方式都有系统使用
网际协议在处理多字节整数（如传输TCP分节的协议地址16位端口号，32位IP地址）时，使用大端字节序。
套接口地址结构中的某些成员需要按网络字节序进行维护
在填充套接口地址结构前必须考虑主机字节到网络字节之间的转换
4、IP地址的使用，功能
IP地址的使用
设置sockaddr_in类型地址时，需要进行字符串形式的IP地址和二进制形式的地址间转换：
#include<
sys/socket.h>
netinet/in.h>
arpa/inet.h>
intinet_aton（constchar*cp，structin_addr*inp）;
//点分十进制字符串à
网络字节顺序二进制值
unsignedlongintinet_addr（constchar*cp）;
//以255.255.255.255表示出错，不能表示此广播地址
char*inet_ntoa（structin_addrin）;
//网络字节顺序二进制值à
点分十进制字符串
2.3基本套接口函数
1、TCP数据流流程图
2、socket（）、socketpair（）（socketpair（）产生两个套接口）
socket（）函数
执行网络通信，进程调用socket函数，指定期望的通信协议
sys/types.h>
intsocket（intdomain,inttype,intprotocol）;
socketpair（）
socketpair（）产生两个套接口，并连接这两个套接口，返回这两个套接口描述字
3、connect（）
三种出错返回
状态转换：
CLOSED状态—SYN_SENT状态—ESTABLISHED状态
connect函数
TCP客户端与服务器建立连接用connect函数
未连接的套接口à
主动连接套接口
intconnect（intsockfd，structsockaddr*addressp，intaddrlen）;
成功返回：
0；
出错返回：
-1
connect的三种出错返回
[1]若TCP客户没有收到SYN分节的响应（ACK）
——返回ETIMEOUT错误
调用connect函数时，系统发送SYN，若无响应则等待6秒钟再发送一个，若仍然无响应则等待24秒钟后再发送一个SYN。
总共等75秒后仍未收到响应则返回该错误。
[2]若对客户的SYN响应是RST，则表示该服务器主机在指定端口上没有进程在等待与之连接
称为硬错（harderror），客户收到RST立即返回ECONNREFUSED错误
目的地为某端口的SYN到达，该端口上没有正在监听的服务器
TCP想取消一个已有连接
TCP接收到一个根本不存在的连接上的分节
【3】若客户发出的SYN在中间的某个路由器上引发一个“destinationunreachable目的地不可达”ICMP错误
称为软错（softerror）
客户机内核保存该消息，按第一种方式继续发送SYN，规定时间内无响应，则将保持的消息（ICMP错误报文）作为EHOSTUNREACH或ENETUNREACH错误返回。
收到一次ICMP错误后，必须继续发送SYN，这种错误可能是暂时情况。
CLOSED状态à
SYN_SENT状态à
ESTABLISHED状态
若失败则套接口不再可用了，必须关闭，不能再在该套接口上调用connect函数，需要重新调用socket
4、listen（）
listen函数
监听端口：
被动套接口
内核应该接收指向该套接口的连接请求
套接口状态：
CLOSEDà
LISTEN
服务端在socket和bind后，accept前调用
intlisten（intsockfd,intbacklog）
功能：
监听本地地址和端口
参数：
sockfd－已绑定的socket描述符
backlog－已完成连接、等待接收的队列长度
返回值
0－成功，-1－失败
5、等待队列
当客户SYN到达时，若队列是满的·
·
如果返回RST·
等待队列
未完成连接队列：
客户端发来的SYN分节对应其中一项；
服务器正等待完成相应TCP三次握手。
服务端为SYN_RCVD状态
已完成连接队列：
每个已完成三次握手的客户对应其中一项。
服务端为ESTABLISHED状态
未完成队列＋完成队列<
backlog
当客户SYN到达时，若队列是满的，TCP就忽略该分节，不发送RST分节。
客户端会重发SYN，期望不久在队列中找到可用空间
如果返回RST则出现：
connect立即返回错误，客户端也不知是“端口没有监听”还是“端口在监听，而队列满了”
6.accept（）（完成三次握手）
TCP服务器调用
从已完成连接队列头返回下一个已完成连接
已完成队列为空，则进程睡眠
执行步骤：
（1）服务请求到达accept（）函数监视的socket（监听套接口）
（2）socket执行体将自动建立一个新的socket（已连接套接口）
（3）并将此socket和客户进程连接起来
（4）监听套接口继续接收到达的服务请求
intaccept（intsockfd，sockaddr*cliaddr，int*addrlen）;
非负套接字；
7、套接口的生存期
套接口的生存期
监听套接口（socket创建）
在服务器的生命期内一直存在
已连接套接口（accept创建）
服务器完成该客户端进程服务时，关闭该套接口
8、close（）
考虑计数器
注意
close（）函数
用来关闭套接口，终止TCP连接
unistd.h>
intclose（intfd）;
注意：
close引发相应套接口描述字的引用计数器减一
若引用计数器值仍大于0，该close不引发TCP的四分组连接终止序列
只有在引用计数器=0时，才关闭套接口
例如：
并发服务器中，父进程close已连接套接口，不影响子进程对该套接口的使用
close的两个限制
仅当计数器=0时，才关闭套接口
Close终止数据发送的两个方向：
读与写；
TCP是全双工的
9、并发服务器（实验）fork的典型用法
fork函数：
pid_tfork（void）;
fork的两个典型用法：
（1）进程创建一个自身的拷贝，该拷贝都可以在另一个拷贝执行其他任务的时候处理各自的操作
如：
网络服务器
（2）一个进程要执行另一个程序
创建自身拷贝后，其中一个拷贝调用exec吧自身换成新的程序
2.4高级套接口函数
9、send（）、recv（）
send（）和recv（）
与write函数和read函数类似，用来发送数据
可用于TCP或者UDP通信协议
采用数据报传送方式时，应利用connect（）函数给出所连接的套接口地址
intsend（intsockfd,constvoid*buf,size_tlen,intflags）;
intrecv（intsockfd,void*buf,size_tlen,intflags）;
sockfd:
套接口的文件描述符；
buf:
数据缓冲区；
len：
数据缓冲区字节数
flags：
发送/接收数据的控制参数
返回值：
-1失败；
>
0成功。
10、sendto（）、recvfrom（）
sendto（）与recvfrom（）函数
两个函数均可用于TCP或者UDP通信协议
intsendto（ints,constvoid*msg,size_tlen,intflags,conststruct
sockaddr*to,socklen_ttolen）;
intrecvfrom（ints,void*buf,size_tlen,intflags,structsockaddr
*from,socklen_t*fromlen）;
from:
发送数据的套接口地址
to:
数据要发送的目的套接口地址
tolen:
目的地址字节数
fromlen:
源地址字节数（值－结果参数）
读写数据的长度
11、readv（）/writev（）
readv和writev函数
与read/write类似，用于一次读写多个非连续缓存
readv：
分散读，读操作的输入数据分散到多个应用缓冲区中
writev：
集中写，多个应用缓冲区的输出数据被集中提供给单个写操作
二者可以用于任何描述字：
套接口描述字，文件描述字等
函数
任何
描述字
仅套接口描述字
单个读/写缓冲区
分散/集中读/写
可选标志
可选
对端地址
可选控制信息
read/write
√
readv/writev
recv/send
recvfrom/sendto
recvmsg/sendmsg
12、几种IO函数的差异（图）
13、shutdown（）
shutdown（）
终止网络连接并停止所有信息的发送与接收
不管引用计数器为何值
intshutdown（intsockfd,inthow）;
参数说明：
sockfd：
套接口描述字
how：
套接口关闭方式
14、多路复用（概念、select（）函数、中间三个参数、描述子集、低潮标记、select返回某个套接口就绪小结）
内核发现进程指定的一个或多个I/O条件就绪，就通知进程：
这种方式称为多路复用
I/O复用在网络编程中的典型应用：
客户机处理多个描述字时，使用I/O复用。
（交互式输入与网络套接口）
客户同时处理多个套接口时，使用I/O复用
一个TCP服务器，既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，使用I/O复用
如果一个服务器要处理多个服务或者多个协议，一般也要用I/O复用。
（如inetd守护进程）
Unix下可用的5种I/O模型：
阻塞I/O
非阻塞I/O
I/O复用（select函数、poll函数、pselect函数）
信号驱动I/O（SIGIO）
异步I/O（POSIX的aio_***函数）
select函数——同步多路复用
可对任何描述字进行操作
将多个套接字组成一个集合
使用select函数对集合进行监控
集合中任一个描述符就绪，进程就作相应的I/O处理
或者经历指定时间后唤醒进程
中间三个参数
readset,writeset和exceptset：
指定让内核测试的读、写和异常条件到达的描述字
每个描述字集合指定一个或多个描
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