Socket编程原理

网间进程通信

   进程通信的概念最初源于单机系统.由于每个进程都在自己的地址范围内运行,为保证两个相互通信的进程之间既互不干扰又协调一致工作,操作系统为进程通信提供了相应设施,如Unix BSD中的管道Pipe(管道),named pipe(命名管道)和signal(软中断信号),Unix System V的message(消息),shared memory(共享存储区)和semaphore(信号量)等,但都仅限于用在本地进程之间通信.网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题(可把同机进程通信看作是特例).为此,首先要解决网间进程标识问题.同一主机上,不同进程可用进程号(Process ID)唯一标识.但在网络环境下,各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程.

  其次,操作系统支持的网络协议众多,不同协议的工作方式不同,地址格式也不同,因此,网间进程通信还要解决多重协议的识别问题.

  为了解决上述问题,TCP/IP协议引入下列概念．

端口　　网络中可以被命名和寻址的通信端口，是操作系统可分配的一种资源．

按照OSI七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力．从这个意义上讲，网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了，好包括可以描述进程的某种标识符．为此，TCP/Ip协议提供了协议端口(protocol port，简称端口)的概念．
  端口是一种抽象的软件结构(包括一些数据结构和I/O缓冲区).应用程序(即进程)通过系统调用与某端口建立连接(binding)后,传输层传给该端口的数据被相应进程所接收,相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出.在TCP/IP协议的实现中,端口操作类似于一般的I/O操作,进程获取一个端口,相当于获取本地唯一的I/O文件,可以用一般的读写原语访问之.

  类似于文件描述符,每个端口都拥有一个叫端口号(port number)的整型标识符,用于区别不同端口.由于TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完成独立的两个软件模块,因此各自的端口号也相互独立,如TCP有一个255号端口,UDP也可以有一个255端口.两者并不冲突.

  端口号的分配是一个重要问题.有两种基本分配方式;第一种叫全局分配,这是一种集中控制方式,由一个公认的中央机构根据用户需要进行统一分配,并将结果公布于众.第二中是本地分配,又称动态连接,即进程需要访问传输层服务时,向本地操作系统提出申请,操作系统返回一个本地唯一的端口号,进程在通过合适的系统调用将自己与该端口号联系起来.TCP/Ip端口号的分配中综合了上述两种方式.TCP/IP将端口号分为两部分,少量的作为保留端口,以全局方式分配给服务进程.因此,每一个标准服务器都拥有一个全局公认的端口(即周知口,well-known port),即使在不同机器上,其端口号也相同.剩余的为自由端口,以本地方式进行分配,TCP和UDP均规定,小于256的端口号才能作保留端口.

 

地址  网通信中通信的两个进程分别在不同的机器上.在互连网络中,两台机器可能位于不同的网络,这些网络通过网络互连设备(网关,网桥,路由器等)连接.因此需要三级寻址:

1 某个主机可与多个网络相连,必须指定一个特定网络地址;

2 网络上每一台主机应有其唯一的地址;

3 每个主机上的每个进程应有在该主机上的唯一标识符.

  通常主机地址由网络ID和主机ID组成,在TCP/IP协议中用32位整数值表示;TCP和UDP均使用16位端口标识用户进程.