|
出處：老頑童網站
|
UNIX系統的I/O命令集，是從Maltics和早期系統中的命令演變出來的，其模式爲打開一讀/寫一關閉（open-write-read-close）。在一個用戶進程進行I/O操作時，它首先調用"打開"獲得對指定文件或設備的使用權，並返回稱爲文件描述符的整型數，以描述用戶在打開的文件或設備上進行I/O操作的進程。然後這個用戶進程多次調用"讀/寫"以傳輸數據。當所有的傳輸操作完成後，用戶進程關閉調用，通知操作系統已經完成了對某對象的使用。
TCP/IP協議被集成到UNIX內核中時，相當於在UNIX系統引入了一種新型的I/O操作。UNIX用戶進程與網絡協議的交互作用比用戶進程與傳統的I/O設備相互作用複雜得多。首先，進行網絡操作的兩個進程在不同機器上，如何建立它們之間的聯繫？其次，網絡協議存在多種，如何建立一種通用機制以支持多種協議？這些都是網絡應用編程界面所要解決的問題。
在UNIX系統中，網絡應用編程界面有兩類：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI。由於Sun公司採用了支持TCP/IP的UNIX BSD操作系統，使TCP/IP的應用有更大的發展，其網絡應用編程界面──套接字（socket）在網絡軟件中被廣泛應用，至今已引進微機操作系統DOS和Windows系統中，成爲開發網絡應用軟件的強有力工具，本章將要詳細討論這個問題。
2.2 套接字編程基本概念
在開始使用套接字編程之前，首先必須建立以下概念。
2.2.1 網間進程通信
進程通信的概念最初來源於單機系統。由於每個進程都在自己的地址範圍內運行，爲保證兩個相互通信的進程之間既互不干擾又協調一致工作，操作系統爲進程通信提供了相應設施，如UNIX BSD中的管道（pipe）、命名管道（named pipe）和軟中斷信號（signal），UNIX system V的消息（message）、共享存儲區（shared memory）和信號量（semaphore)等，但都僅限於用在本機進程之間通信。網間進程通信要解決的是不同主機進程間的相互通信問題（可把同機進程通信看作是其中的特例）。爲此，首先要解決的是網間進程標識問題。同一主機上，不同進程可用進程號（process ID）唯一標識。但在網絡環境下，各主機獨立分配的進程號不能唯一標識該進程。例如，主機A賦於某進程號5，在B機中也可以存在5號進程，因此，"5號進程"這句話就沒有意義了。
其次，操作系統支持的網絡協議衆多，不同協議的工作方式不同，地址格式也不同。因此，網間進程通信還要解決多重協議的識別問題。
爲了解決上述問題，TCP/IP協議引入了下列幾個概念。
端口
網絡中可以被命名和尋址的通信端口，是操作系統可分配的一種資源。
按照OSI七層協議的描述，傳輸層與網絡層在功能上的最大區別是傳輸層提供進程通信能力。從這個意義上講，網絡通信的最終地址就不僅僅是主機地址了，還包括可以描述進程的某種標識符。爲此，TCP/IP協議提出了協議端口（protocol port，簡稱端口）的概念，用於標識通信的進程。
端口是一種抽象的軟件結構（包括一些數據結構和I/O緩衝區）。應用程序（即進程）通過系統調用與某端口建立連接（binding）後，傳輸層傳給該端口的數據都被相應進程所接收，相應進程發給傳輸層的數據都通過該端口輸出。在TCP/IP協議的實現中，端口操作類似於一般的I/O操作，進程獲取一個端口，相當於獲取本地唯一的I/O文件，可以用一般的讀寫原語訪問之。
類似於文件描述符，每個端口都擁有一個叫端口號（port number）的整數型標識符，用於區別不同端口。由於TCP/IP傳輸層的兩個協議TCP和UDP是完全獨立的兩個軟件模塊，因此各自的端口號也相互獨立，如TCP有一個255號端口，UDP也可以有一個255號端口，二者並不衝突。
端口號的分配是一個重要問題。有兩種基本分配方式：第一種叫全局分配，這是一種集中控制方式，由一個公認的中央機構根據用戶需要進行統一分配，並將結果公佈於衆。第二種是本地分配，又稱動態連接，即進程需要訪問傳輸層服務時，向本地操作系統提出申請，操作系統返回一個本地唯一的端口號，進程再通過合適的系統調用將自己與該端口號聯繫起來（綁紮）。TCP/IP端口號的分配中綜合了上述兩種方式。TCP/IP將端口號分爲兩部分，少量的作爲保留端口，以全局方式分配給服務進程。因此，每一個標準服務器都擁有一個全局公認的端口（即周知口，well-known port），即使在不同機器上，其端口號也相同。剩餘的爲自由端口，以本地方式進行分配。TCP和UDP均規定，小於256的端口號才能作保留端口。
地址
網絡通信中通信的兩個進程分別在不同的機器上。在互連網絡中，兩臺機器可能位於不同的網絡，這些網絡通過網絡互連設備（網關，網橋，路由器等）連接。因此需要三級尋址：
1. 某一主機可與多個網絡相連，必須指定一特定網絡地址；
2. 網絡上每一臺主機應有其唯一的地址；
3. 每一主機上的每一進程應有在該主機上的唯一標識符。
通常主機地址由網絡ID和主機ID組成，在TCP/IP協議中用32位整數值表示；TCP和UDP均使用16位端口號標識用戶進程。
網絡字節順序
不同的計算機存放多字節值的順序不同，有的機器在起始地址存放低位字節（低價先存），有的存高位字節（高價先存）。爲保證數據的正確性，在網絡協議中須指定網絡字節順序。TCP/IP協議使用16位整數和32位整數的高價先存格式，它們均含在協議頭文件中。
連接
兩個進程間的通信鏈路稱爲連接。連接在內部表現爲一些緩衝區和一組協議機制，在外部表現出比無連接高的可靠性。
半相關
綜上所述，網絡中用一個三元組可以在全局唯一標誌一個進程：
（協議，本地地址，本地端口號）
這樣一個三元組，叫做一個半相關（half-association），它指定連接的每半部分。
全相關
一個完整的網間進程通信需要由兩個進程組成，並且只能使用同一種高層協議。也就是說，不可能通信的一端用TCP協議，而另一端用UDP協議。因此一個完整的網間通信需要一個五元組來標識：
&