21网络编程.docx

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21网络编程

第21章网络编程

这里所说的网络主要是指因特网（Internet）。

本章先介绍网络与编程的一些基本概念，然后重点讲解套接字（Socket）和WinInet的MFC编程，最后简介ASP.NET的Web编程。

21.1网络与编程

本节先介绍网络的概念和发展简史，再给出两种主流的分层网络模型，然后讨论与网络编程有关的接口和技术等基本内容。

21.1.1网络

我们所说的网络（network）一般指计算机网络，它是一种由多台独立自主的计算机通过软硬件互连，以实现资源共享和信息交换的系统。

提供资源或信息的计算机和软件被称为服务器，请求和使用资源或信息的计算机和软件被称为客户端。

如网站是Web服务器，浏览器就是Web客户端。

依据通信的距离和范围，网络可以分成（十米~几公里的）局域网（LocalAreaNetwork，LAN，如校园网）、（几十公里内的）城域网（Metropolitan[都市/大城市]AreaNetwork，MAN，如3G网）和（百公里外的）广域网（WideAreaNetwork，WAN，如因特网）。

局域网有多种拓扑结构（参见图21-1），目前使用最广泛的是采用总线型拓扑结构的以太网（Ethernet），它是由美国施乐（Xerox）公司帕洛阿尔托研究中心（PARC）的BobMetcalfe于1976年发明的（1979年他离开了施乐创建了3COM公司），以太网使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测技术）技术，并以10~1000M/S的速率运行在多种类型的电缆上。

以太网与IEEE802.3系列标准相似。

网络的核心是协议（Protocol）。

21.1.2因特网

因特网（Internet，网际网/互联网）的前身是1969年底启用的ARPANet（AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork，[美国国防部]高级研究计划署网络，阿帕网），由BobTaylor和LarryRoberts等人主持研制。

1973年底，RobertE.Kahn和VintonCerf提出了基于包交换的两个网络协议IP（InternetProtocol,网际协议）和TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议），1983年元旦ARPANet启用TCP/IP协议集。

1986年，ARPANet的主干网被NSFNet（NationalScienceFoundationNetwork，[美国]国家科学基金会网络）接替，并改名为Internet（因特网），1991年起对社会开放。

21.1.3万维网

图21-1TimBerners-Lee

1990年10月在CERN（ConseilEuropeenpourlaRechercheNucleaire，欧洲粒子物理研究所）工作的TimBerners-Lee（参见图21-1）提出了因特网应用层的两个协议：

用于描述网页的HTML（HyperTextMarkupLanguage，超文本标记语言）和用于传输网页文档和各种资源数据的HTTP（HypertextTransferProtocol，超文本传输协议），创立了万维网（WorldWideWeb，WWW，环球网），一般简称为Web（蜘蛛网），Web很快成为因特网的主体。

1993年初，美国Illinois（伊利诺）大学的硕士研究生MarcAnderressen与EricBina合作在位于该校内的NCSA（NationalCenterforSupercomputingApplications美国超级计算应用中心）开发出支持内嵌图像的网页浏览器马赛克（Mosaic），1994年10月Anderressen等人创办的网景公司Netscape推出了Navigator浏览器，得到广泛使用，大大推动了互联网的普及。

1995年微软公司从伊利诺大学购得马赛克技术，并在此基础上开发出IE（InternetExplorer，因特网探索者）浏览器，随Windows95免费推出。

被微软公司挤垮的网景公司于1998年11月被AOL公司收购，并于2003年7月成立了非盈利的Mozilla基金会，在其资助下于2004年11月9日推出了基于Mosaic的Firefox（火狐）浏览器。

1994年10月Berners-Lee创立了万维网联盟（WorldWideWebConsortium，W3C），负责万维网的管理和技术标准的制定。

1998年2月W3C推出了划时代的XML（eXtensibleMarkupLanguage，可扩展标记语言），2000年1月又推出了用来替代HTML的XHTML（ExtensibleHTML，可扩展HTML）。

传统的万维网Web正在向新的万维网OneWeb过渡，参见图21-2。

图21-2Web体系结构的发展

其中：

●URL（UniformResourceLocator，统一资源定位符）——在因特网的Web服务程序上用于指定信息位置的表示方法，如

●URI（UniformResourceIdentifier，统一资源标识符）——=URL+URN。

●URN（UniformResourceName，统一资源命名）——使用urn方案的URI，不一定意味着有确定的资源可用。

如urn:

isbn:

0451450523。

●IRI（InternationalizedResourceIdentifiers，国际化资源标识符）——URI的国际化，支持Unicode。

21.1.3IP网络的分层与协议

这里的IP网络是指基于因特网协议套件（TCP/IP协议栈）的网络，包括：

因特网（Internet）、城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）和内部网（Intranet）等。

为了便于分析和管理，一般将通信网络抽象为若干层。

主要有ISO（和IEC共同）制定的7层参考模型（ReferenceModel）ISO/OSI（国际标准，失败，主要用于理论研究）和因特网5层参考模型TCP/IP协议栈（实事标准，成功，应用十分广泛）。

参见表21-1和图21-2&3。

表21-1ISO/OSI7层参考模型

OSI模型

数据单元

层

功能

主机层

数据

7.应用

对应用的网络过程

6.表示

数据表示与加密

5.会话

主机间通信

段

4.传输

端到端连接与可靠性（TCP）

介质层

包/数据报

3.网络

路径确定与逻辑寻址（IP）

帧

2.数据链接

物理寻址（MAC&LLC）

位

1.物理

介质，信号与二进制传送

其中：

●ISO（InternationalOrganizationforStandardization，国际标准化组织）——由153个国家的国家标准学会联合组成的一个非政府国际组织，总部（中央秘书处）设在瑞士的日内瓦，负责制定适应商业和广泛社会需要的各种国际标准，网址为http:

//www.iso.org。

●IEC（InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工技术委员会）——一个成立于1906年6月的国际标准化权威组织，属于联合国的甲级咨询机构，负责制定关于电工电子各方面的标准，有42个会员国，总部也设在瑞士的日内瓦，网址为http:

//www.iec.ch。

●OSI（OpenSystemsInterconnection，开放系统互连）——一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。

该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。

对应的国际标准为：

ISO7498:

1984、ISO/IEC7498-1~4:

1994、1989、1989、1997）。

●MAC（MediaAccessControl，介质访问控制）——数据链路层的子层，提供寻址和信道访问的控制机制，位于物理层和逻辑链路层之间。

●LLC（LogicalLinkControl，逻辑链路控制）——数据链路层的上部子层，在MAC层上传输的多路复用和分离协议，提供流量和差错控制。

ISO/OSI7层参考模型因特网5层参考模型（及协议）

应用层（Application）应用层（HTTP/HTML、FTP、SMTP/POP3/IMAP、……）

表示层（Presentation）

会话层（Session）

传输层（Transport）传输层（TCP/UDP）

网络层（Network）互连网层（IP/ICMP/IGMP）

数据链路层（Data-link）网络接口层（ARP/RARP）

物理层（Physical）物理层

图21-2OSI与因特网参考模型的层次对应关系

其中：

●ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）——计算机用来匹配IP地址到硬件地址的协议。

计算机调用ARP广播一个请求，目标计算机应答该请求。

●RARP（ReverseAddressResolutionProtocol,逆向地址解析协议）——计算机系统在自举时获取IP地址的协议。

●IP（InternetProtocol,网际协议）——定义互联网上包的格式与路由包到其目的地之机制。

●ICMP（InternetControlMessageProtocol，互连网控制消息协议）——提供网络层的控制手段和差错报告。

●IGMP（InternetGroupManagementProtocol，互连网组管理协议）——用来管理组播的，它是参加组播的主机与路由器之间交换组员信息的协议。

不过，组播目前存在多个组的地址冲突问题，而且，现有的路由器一般不支持组播。

●TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）——为应用程序提供访问面向连接的通信服务，可靠、控制流量。

特点：

面向连接、累计确认与超时重传（保证数据传输的可靠性）、拥塞控制（基于滑动窗口协议）、报头变长（≥24B）。

●UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）——为用户提供无连接的服务，高效但不可靠，主要用于传输多媒体数据。

特点：

无连接、无差错控制（不重传）、报头中的校验和可选（可不计算和存储）、报头定长（8B）。

●FTP（FileTransferProtocol,文件传输协议）——因特网上管理文件传输的通讯协议，用于从一台计算机到另一台计算机传送完整的文件。

●SMTP（SimpleMessageTransferProtocol,简单邮件传输协议）——用于电子邮件的传输。

●POP3（（PostOfficeProtocol，邮局协议第三版）——提供用户计算机对（本地邮件服务器中的）电子邮箱进行远程存取的脱机协议。

●IMAP（InternetMessageAccessProtocol，因特网消息访问协议）——提供用户计算机对（本地邮件服务器中的）电子邮箱进行远程操作的联机协议。

图21-3IP网络模型

21.1.4因特网编程

通用的因特网编程，一般采用传统的套接字（Sockets）网络API，在Windows平台中对应的是Winsock。

微软还自己开发了用于因特网应用层的编程接口WinInet。

.NET3.0新推出的WCF（WindowsCommunicationFoundation，视窗通信基础）提供了统一且可扩展的构建分布式系统的API。

而ASP.NET则是微软主推的构建Web应用的开发平台工具，与Oracle/Sun的JSP形成直接竞争关系。

1．Sockets和Winsock

因特网（Internet）最初是基于Unix的，而Sockets（套接字/插座）是Unix第一个支持TCP/IP协议栈的网络API，最早于1982年8月随4.2BSD版Unix推出，常被称为Berkeleysockets（伯克利套接字）。

Unix的BSD（BerkeleySoftwareDistribution，[美国加州大学]伯克利分校软件分发）版，是由Sun公司的创始人之一兼首席技术官BillJoy（比尔·乔伊）于1977年在伯克利分校读研期间自己开发的。

Sockets也是由他编写的。

图21-4BillJoy

Winsock（WindowsSocketsAPI）是从Sockets移植过来的TCP/IP编程的低级WindowsAPI，由JSB公司的MartinHall、Sun公司的MarkTowfiq和GeoffArnold、微软公司的HenrySanders和JAllard等人共同开发。

Winsock的版本有:

●1.0（1992年6月，微软不支持）

●1.1（1993年1月，微软在WindowsforWorkgroups3.1的扩展包中支持，该扩展包也是Windows95和WindowsNT3.x的组成部分）

●2.0（1994年，未公开发布）

●2.1.0（1996年1月，首个公开发布的Winsock2规范，微软在Windows95的扩展包中支持，该扩展包也是Windows98和WindowsNT4.0及后续Windows版本的组成部分）

●2.2.0（1996年5月，去掉了对16位Windows应用程序的支持）

●2.2.1（1997年5月）

●2.2.2（1997年8月）

在Windows中，除了可以直接用WinsockAPI进行C/C++编程外，还可以用Winsock的MFC和.NETBCL封装进行面向对象和组件的编程。

MFC封装的Winsock类有：

基本的异步套接字类CAsyncSocket和简单的套接字类CSocket。

为了使用Winsock编程，程序员得详细了解因特网应用层的具体协议内容。

2．WinInet

使用Winsock编程，程序员必须与基本的网络通信打交道，还必须详细了解因特网应用层协议的具体内容，包括对话模式、命令的组成和格式、命令发送的顺序等等。

为了方便因特网应用程序的编写，微软在Winsock之外，还自己开发了用于因特网应用层编程的接口WinInet（Win32InternetExtensions，32位Windows的因特网扩展）。

WinInet的优点：

●支持高速缓存——似IE，将HTML和其他因特网文件放入本地磁盘的特定目录，下次可直接加载该文件，而不是重复从因特网下载

●安全——支持基本的质询/响应鉴别和SSL（SecureSocketLayer安全套接字层）

●采用缓冲I/O——read函数不返回值，可读取单独的文本行

●简单——可使用状态回调函数OnStatusCallBack来对UI更新和注销；调用一个函数CInternetSession:

:

OpenURL就可以找到IP地址、建立连接并准备好文件读取

●友好——可分析和格式化报头，访问已经被移动的新位置处的服务器和文件

MFC也包括了对WinInet的封装，提供了一些十分好用的类与全局函数，包括对HTTP、FTP、Gopher等协议的处理。

3．WCF

4．Web开发

ASP.NET

21.2MFC套接字编程

MFC提供了两个套接字类CAsyncSocket和CSocket，它们封装了Winsock1.0版的函数，可方便地编写因特网程序。

CAsyncSocket提供异步读写（网络通信），而CSocket则提供同步读写（网络通信），后者是前者的派生类，它们都是MFC的基类CObject的派生类，参见图21-5。

图21-5MFC套接字`类

基类CAsyncSocket提供全面的由事件驱动的Socket通信能力，你可以在派生的套接字类中响应这些事件。

CSocket类是CAsyncSocket的派生类，封装和简化了其基类的某些功能，是Winsock的高层接口。

由于Windows程序是基于消息机制的，MFC的套接字类也提供消息编程，可以通过它们的成员函数AsyncSelect来选择感兴趣的事件。

21.2.1编程过程

为了使建立的项目支持Winsock，需要在"MFC应用程序向导"的"高级功能"页中选中"Windows套接字"复选框。

1．初始化Winsock环境

在使用MFC的套接字类之前，必须为应用程序初始化Winsock环境，这只需在项目的应用类的初始化实例函数InitInstance中调用全局函数AfxSocketInit：

BOOLAfxSocketInit（WSADATA*lpwsaData=NULL）;

该函数以WSADATA结构：

structWSAData{

WORDwVersion;//套接字规范的（最低）板本

//低/高字节为主/次版本号，如257：

1.1

WORDwHighVersion;//套接字规范的最高版本，如514：

2.2

charszDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];//描述串

//如“WinSocket2.0”

charszSystemStatus[WSASYSSTATUS_LEN+1];//系统状态串

//如“Running”

unsignedshortiMaxSockets;//单个进程可打开的最大套接字数，如32767

unsignedshortiMaxUdpDg;//可收发的UDP报文的最大字节数，如65467

charFAR*lpVendorInfo;//指向厂商指定数据结构的指针，WinSock不支持

};//其中的iMaxSockets和iMaxUdpDg用于兼容1.1版，在2.0版中不用

作为可选参数，能得到当前计算机的Winsock的版本等信息。

一般不需要，如：

BOOLCSockApp:

:

InitInstance（）{

……

if（!

AfxSocketInit（））

{

AfxMessageBox（IDP_SOCKETS_INIT_FAILED）;

returnFALSE;

}

……

}

若在项目创建过程中，选中了“Windows套接字”复选框，则MFC会在程序中自动添加上述代码。

2．创建套接字

为了使所建立的应用程序可以使用套接字，还必须在项目的应用类中声明一个MFC套接字[派生]类的类变量，如：

classCSockApp:

publicCWinApp{

……

private:

CAsyncSocketm_sSock;

}

在使用该对象之前，必须调用其Create成员函数来构造具体的套接字：

BOOLCreate（UINTnSocketPort=0,intnSocketType=SOCK_STREAM,

longlEvent=FD_READ|FD_WRITE|FD_OOB|FD_ACCEPT|

FD_CONNECT|FD_CLOSE,LPCTSTRlpszSocketAddress=NULL）;

客户端一般不需要任何输入参数，但对服务器端的网络应用程序，需要指定监听端口号（nSocketPort），如：

●客户端：

m_sSock.Create（）;

●服务器端：

m_sServSock.Create（4000）;

其中，参数nSocketType可取值为SOCK_STREAM（对应于传输层面向连接的TCP协议）和SOCK_DGRAM（对应于传输层无连接的UDP协议）；参数lpszSocketAddress为网络地址，当计算机上有多个网卡时有用，单网卡可用127.0.0.1（本机的IP地址）。

TCP和UDP的端口是一个16位无符号整数，取值范围为0~65535。

其中，0~1023为著名端口、1024~49151为已注册端口、49152~65535为动态或私有端口。

下面是若干常用的缺省TCP/UDP端口：

HTTP（80）、HTTPS（443）、FTP（21）、SMTP（25）、POP3（110）、DNS（53）、SQL（118/156）、Login（513）、Echo（7）、Socketproxy（1080）、Webproxy（8080）。

3．打开连接

打开一个网络连接需要三个步骤：

●服务器端调用Listen函数监听连接请求：

BOOLListen（intnConnectionBacklog=5）;//待连接的队列长度，最大为5

●客户端调用Connect函数发出连接请求：

BOOLConnect（LPCTSTRlpszHostAddress,UINTnHostPort）;

●服务器端调用Accept函数接受连接请求：

virtualBOOLAccept（CAsyncSocket&rConnectedSocket,

SOCKADDR*lpSockAddr=NULL,

int*lpSockAddrLen=NULL）;

如：

if（m_sServSock.Listen（））...else...

if（m_sSock.Connect（L"127.0.0.1",4000））...else...

if（m_sServSock.Accept（m_sSock））...else...

若连接成功或失败，CAsyncSocket都会激发一个事件通知应用程序，而CSocket类在连接成功或失败之前不会返回。

4．发送/接收消息

可以通过套接字发送和接收任何类型的数据，需要一个缓冲区来存放待发或刚接收到的数据。

发送数据使用Send函数：

virtualintSend（constvoid*lpBuf,intnBufLen,intnFlags=0）;//返回发送的数据总量

接收数据则使用Receive函数：

（在接收完数据之前不会返回）

virtualintReceive（void*lpBuf,intnBufLen,intnFlags=0）;//返回接收到数据量

出错都返回SOCKET_ERROR。

如：

●发送：

CStringstrMessage;

intiLen,iError;

...

iLen=strMessage.GetLength（）;

iError=m_sSock.Send（LPCSTR（strMessage）,iLen）;

if（iError==SOCKET_ERROR）...else...

●接收：

char*pBuf=newchar[1025];

intiBufSize=1024;

intiRcvd;

CStringstrRecvd;

iRcvd=m_sSock.Receive（pBuf,iBufSize）;

if（iRcvd==SOCKET_ERROR）...

else{

pBuf[iRcvd]=NULL;//分隔垃圾数据

strRecvd=pBuf;

...

}

5．关闭连接

应