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《UNIX网络编程 卷1:套接字联网API(第3版)》——第1章 简介 1.1概述

简介: 要编写通过计算机网络通信的程序,首先要确定这些程序相互通信所用的协议(protocol)。在深入设计一个协议的细节之前,应该从高层次决断通信由哪个程序发起以及响应在何时产生。举例来说,一般认为Web服务器程序是一个长时间运行的程序(即所谓的守护程序,daemon),它只在响应来自网络的请求时才发送网络消息。

本节书摘来自异步社区《UNIX网络编程 卷1:套接字联网API(第3版)》一书中的第1章,第1.1节,作者:【美】W. Richard Stevens , Bill Fenner , Andrew M. Rudoff著,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

第一部分 简介和TCP/IP

第1章 简介

1.1 概述

要编写通过计算机网络通信的程序,首先要确定这些程序相互通信所用的协议(protocol)。在深入设计一个协议的细节之前,应该从高层次决断通信由哪个程序发起以及响应在何时产生。举例来说,一般认为Web服务器程序是一个长时间运行的程序(即所谓的守护程序,daemon),它只在响应来自网络的请求时才发送网络消息。协议的另一端是Web客户程序,如某种浏览器,与服务器进程的通信总是由客户进程发起。大多数网络应用就是按照划分成客户(client)和服务器(server)①来组织的。在设计网络应用②时,确定总是由客户发起请求往往能够简化协议和程序③本身。当然一些较为复杂的网络应用还需要异步回调(asynchron-ous callback)通信,也就是由服务器向客户发起请求消息。然而坚持采纳图1-1所示的基本客户/服务器模型的网络应用毕竟要普遍得多。

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通常客户每次只与一个服务器通信,不过以使用Web浏览器为例,我们也许在10分钟内就可以与许多不同的Web服务器通信。从服务器的角度来看,一个服务器同时与多个客户通信并不稀奇,见图1-2。本书后面将介绍若干种让一个服务器同时处理多个客户请求的方法。

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可认为客户与服务器之间是通过某个网络协议通信的,但实际上,这样的通信通常涉及多个网络协议层。本书的焦点是TCP/IP协议族,也称为网际协议族。举例来说,Web客户与服务器之间使用TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)通信。TCP又转而使用IP(Internet Protocol,网际协议)通信,IP再通过某种形式的数据链路层通信。如果客户与服务器处于同一个以太网,就有图1-3所示的通信层次。
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尽管客户与服务器之间使用某个应用协议通信,传输层却使用TCP通信。注意,客户与服务器之间的信息流在其中一端是向下通过协议栈的,跨越网络后,在另一端则是向上通过协议栈的。另外注意,客户和服务器通常是用户进程,而TCP和IP协议通常是内核中协议栈的一部分。我们在图1-3右边标出了4个层。

本书讨论的协议不限于TCP和IP。有些客户和服务器改用UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)而不是TCP,第2章将详细介绍这两个协议。此外,本书使用术语“IP”来称谓的那个协议,自20世纪80年代早期以来一直在使用,其实其正式名称是IPv4(IP version 4,IP版本4)。IPv4的一个新版本IPv6(IP version 6,IP版本6)是在20世纪90年代中期开发出来的,将来会取代IPv4。本书既讨论使用IPv4的网络应用程序的开发,也讨论使用IPv6的网络应用程序的开发。附录A会给出IPv4和IPv6的一个比较,同时介绍正文中将讨论的其他协议。

同一网络应用的客户和服务器无需如图1-3所示处于同一个局域网(local area network,LAN)。例如,图1-4展示了处于不同局域网中的客户和服务器,而这两个局域网是使用路由器(router)连接到广域网(wide area network,WAN)的。

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路由器是广域网的架构设备。当今最大的广域网是因特网④(Internet)。许多公司也构建自己的广域网,而这些私用的广域网既可以连接到因特网,也可以不连接到因特网。

本章其余部分将概述多个主题,这些主题在后续章节中还会具体介绍。我们从一个尽管简单却完整的TCP客户程序开始,它展示了全书都会遇到的许多函数调用和概念。这个客户程序只能在IPv4上运行,不过我们会给出让它在IPv6上运行所需进行的修改。更好的办法是编写独立于协议的客户和服务器程序,这在第11章中会讨论。本章同时展示一个与该TCP客户程序配合工作的完整的TCP服务器程序。

为了简化代码,我们对本书中要调用的大多数系统函数定义了各自的包裹函数。多数情况下我们可以使用这些包裹函数来检查错误,输出适当的消息,以及在出错时终止程序的运行。我们还给出了本书中大多数例子所用的测试网络、主机、路由器以及它们的主机名、IP地址和操作系统。

如今讨论Unix时经常使用POSIX一词,它是一种被多数厂商采纳的标准。我们将介绍POSIX的历史以及它对本书所讲述的API的影响,并介绍该领域的其他主要标准。

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