TCP/IP（6）——网络协议设计入门

目录

 

 

 

网络程序设计需要考虑的一些问题

并发的网络编程

共享资源问题

函数可重入问题

系统资源的释放和回收

异构环境下的网络编程

字节顺序不一样

字的长度不同

字节定界不一样

阻塞和非阻塞通信

服务类型的选择

差错处理

网络程序工作模型以及套接字

套接口的概念

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网络程序设计需要考虑的一些问题

这里的网络编程是C下的Winsock编程，在网络编程的时候我们需要考虑到以下几点。

1. 并发的网络编程
2. 异构环境（不同操作系统）的问题
3. 阻塞与非阻塞的通讯
4. 服务类型的选择
5. 差错处理

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并发的网络编程

共享资源问题

多进程的并发执行通常要涉及到共享资源的访问问题，总所周知，我们一般用加锁来实现资源的互斥访问。即访问共享资源时先上锁，完毕之后解锁。

函数可重入问题

可重入：函数可以被中断，并且返回控制的时候不会出现错误。一般我们通过加锁保护实现可重入。

不可重入的函数一般有以下特点：使用了全局变量，使用了malloc、free

系统资源的释放和回收

申请资源（如socket）使用完毕之后我们一定要释放资源，否则容易造成内存泄漏。

异构环境下的网络编程

字节顺序不一样

字节顺序有两种：

1. 小序在前（低位的字节在内存的低地址）——windows
2. 大序在前（高位字节在内存的低地址）——Sun OS

举个栗子： 数据0x12345678在存储的时候是分成 0x12 0x34 0x56 0x78 四个bytes在内存中存储的

数据0x12345678中的0x12便是高位，0x78是低位字节。

那么如果是小序在前则低位字节78就是在低地址，我们假设该数据放在内存的首字节，即0-31空间的内存地址

那么0-7的内存（低位）存放的就应该是0x78，24-31的内存存放的就是0x12

如图：

可是网络字节序，是以，收到的第一个字节被当作高位看待，这就要求不管哪一个系统，发送的第一个字节应该是高位的。

在编程的时候，发送的第一个字节是该数字在内存中起始地址对应的字节，可见多字节的数值在发送的时候，应该要大序在前存放。所以，在windows编程中，发送数据我们需要用函数将高低位进行转换。

微软提供的接口中，htonl函数可以将小序在前改为大序在前，ntohl将大序在前改为小序在前。

字的长度不同

64位的操作系统和32位的操作系统中对long int的长度是不一样的，32位long为4bytes，64位编译器long为8个字节。

字节定界不一样

不同从操作系统struct或者union的打包方式不一样，如果以四字节为定价

那么Sizeof（struct{char a;int b})=8;如果一个字节定界，那么=5；

为什么呢？因为char虽然一个字节，但是以四个字节定界，char需要在打包的时候填充以满足四个字节，int 就是四个字节。

而一个字节定界，char占一个字节，int占四个字节，=5个字节。

阻塞和非阻塞通信

阻塞是指调用之后只有在得到结果才会返回。继续执行

非阻塞指的是不能立即得到结果之前，该函数不会阻塞当前的现场，而是会立即返回。

比如，我们调用了send()之后，阻塞模式就会将数据拷贝到缓冲区完毕之后再返回，如果没有空间，则会等到有可用空间后拷贝然后完毕返回，而非阻塞就会直接返回，并且反馈状态。调用recv()之后，阻塞的就要等到有数据可以读取才会返回，而非阻塞就直接返回，并且反馈状态。

因为我们在TCP中有流量控制，有回复确认报文，所以我们需要缓存，而UDP没有发送缓存，所以UDP即使在阻塞模式下也不会发生阻塞。

我们在win32编程的时候，一般函数入口参数有MSG_DONWAIT设置为0的时候便是阻塞状态。

服务类型的选择

面向连接不适合广播多播；面向无连接适合广播多播，适合于少量数据，且对传输质量要求不高的场合。

差错处理

应用层应对网络可能存在的差错进行适当处理。

 

 

网络程序工作模型以及套接字

应用程序编程的时候不直接对TCP/IP核心的协议进行操作，而是通过别人提供的网络应用程序编程接口操作。而这个接口硬要说的话，是传输层与应用层之间的接口。

我们在网络中通信的时候，识别是以套接字为单位的，即，不同的主机通信，我们需要五元组来标识这一个连接。

五元组：协议，本地IP地址，本地端口号，远程IP地址，远程端口号 

 冷知识：为什么要交套接字Socket呢？因为Socket的英文是插座的意思，我们都知道，不同的硬件，比如电脑和热水器，他们都是通过插座，可以连接到同一个供电系统的，所以，套接字在网络中就相当于插座，不同的硬件插到这个插座上，可以互联互通。

套接口的概念

win32提供了三种类型的套接口

1. 流式套接口（SOCK_STREAM）：提供可靠的、面向连接的双向数据传输服务——TCP
2. 数据报套接口（SOCK_DGRAM）：提供不可靠的、无连接的双向数据传输服务， 数据以独立包发送。数据传输中可能会丢失或重复——UDP
3. 原始套接口（SOCK_RAM）：允许对底层协议进行直接访问。自己构造报文，是最原始的服务。

一般APP仅在同一类型的套接口间工作。

套接口工作的时候，主机A中的APPA先将data丢入缓存，然后socket将data传送给TCP协议，然后通过网卡NIC传输到主机B的网卡，然后网络管理软件再将信息保存在主机B的socket中，然后APPB才会去socket中读取数据。

下面是具体流程详解: