网络编程简介

1第15章网络编程简介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Socket的MFC与C#编程和ASP.NET的Web编程。15.1网络与编程本节先介绍网络发展的简史，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。15.1.1因特网与万维网因特网(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。1990年10月在CERN（ConseilEuropeenpourlaRechercheNucleaire，欧洲粒子物理研究所）工作的TimBerners-Lee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，，环球网），一般简称为Web（蜘蛛网），Web网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。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，扩展的HTML）。传统的万维网Web正在向新的万维网OneWeb过渡，参见图15-1。2图15-1Web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。15.1.2IP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13-1和图15-2&3。表13-1ISO/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3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。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。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15-2OSI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4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15-3IP网络模型15.1.3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。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。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（1994年，未公开发布）图15-4BillJoy5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