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1、网络程序设计1主讲：李荣2课程简介n使用教材使用教材l网络编程实用教程l 人民邮电出版社 叶树华 编著n考核方式考核方式l考试 80 分l考勤 20 分3主要内容主要内容n网络编程基本概念和编程模式网络编程基本概念和编程模式n UNIX套接字编程套接字编程nSockets规范规范nWinInet API和和MFC WinInet类类nWin32的多进程多线程机制的多进程多线程机制n5种套接字种套接字I/O模型模型nHTTP协议及编程协议及编程n电子邮件协议及编程电子邮件协议及编程4第第1 1章章 网络编程基础网络编程基础网络编程相关的基本概念网络编程相关的基本概念1.1三类网络编程三类网络编程
2、1.2客户机客户机/服务器交互模式服务器交互模式1.3P2PP2P模式模式 1.451.1.1 1.1.1 网络编程与进程通信网络编程与进程通信1 1进程与线程的基本概念进程与线程的基本概念n 进程是处于运行过程中的程序实例，是操作系统调度和分配资源的基本单位。n 一个进程实体由三部分构成。l程序代码:规定进程所做的计算。l数据:计算的对象。l进程控制块:是操作系统为了控制进程建立的数据结构，用来管理进程的内核对象，系统用来存放关于进程的统计信息。1.1网络编程相关的基本概念网络编程相关的基本概念6n操作系统给进程分配内存空间：l静态分配空间：用来装入进程所有的可执行模块或动态链接库模块的代码
3、及数据。l动态分配空间：栈区空间和堆区空间。n各种计算机应用程序在运行时，都以进程的形式存在，网络应用程序也不例外。nWindows系统不但支持多进程，还支持多线程。l进程是分配资源的单位；l线程是执行和调度的单位。n由线程负责执行包含在进程的地址空间中的代码.1 1进程与线程的基本概念进程与线程的基本概念7n一个进程可以包含若干个线程，同时执行进程地一个进程可以包含若干个线程，同时执行进程地址空间中的代码。址空间中的代码。l当创建一个进程时，系统会自动创建它的第一当创建一个进程时，系统会自动创建它的第一个线程，称为主线程。个线程，称为主线程。l然后，该线程可以创建其他的线程，而这些线然后，该
4、线程可以创建其他的线程，而这些线程又能创建更多的线程。程又能创建更多的线程。l每个线程拥有自己的一组每个线程拥有自己的一组CPU寄存器和堆栈。寄存器和堆栈。l进程至少拥有一个线程，否则将被撤销。进程至少拥有一个线程，否则将被撤销。nWindows 2000能在有多个能在有多个CPU的计算机上运行，的计算机上运行，每个每个CPU上运行不同的线程，达到多线程同时运上运行不同的线程，达到多线程同时运行。行。1 1进程与线程的基本概念进程与线程的基本概念81 1进程与线程的基本概念进程与线程的基本概念图图1.1 1.1 单单CPUCPU分时地运行进程中的各个线程分时地运行进程中的各个线程9n从从计计算
5、算机机网网络络体体系系结结构构的的角角度度来来看看，网网络络应应用用进程处于网络层次结构的最上层。进程处于网络层次结构的最上层。n从功能上，可以将网络应用程序分为两部分：从功能上，可以将网络应用程序分为两部分：l一一部部分分是是专专门门负负责责网网络络通通信信的的模模块块，它它们们与与网网络络协协议议栈栈相相连连接接，借借助助网网络络协协议议栈栈提提供供的的服服务务完成网络上数据信息的交换。完成网络上数据信息的交换。l另另一一部部分分是是面面向向用用户户或或者者作作其其他他处处理理的的模模块块，它它们们接接收收用用户户的的命命令令，或或者者对对借借助助网网络络传传输输过过来的数据进行加工。来的
6、数据进行加工。n这这两两部部分分模模块块相相互互配配合合，来来实实现现网网络络应应用用程程序序的功能。的功能。2网络应用进程在网络体系结构中的位置网络应用进程在网络体系结构中的位置10图图1.2 网络应用程序在网络体系结构中的位置网络应用程序在网络体系结构中的位置2网络应用进程在网络体系结构中的位置网络应用进程在网络体系结构中的位置11n网络应用程序这两部分的关系：l通信模块，是网络分布式应用的基础；l其他模块，对网络交换的数据进行加工处理。l网网络络应应用用程程序序要要实实现现网网络络资资源源的的共共享享，共共享享的的基基础就是必须能够通过网络轻松地传递各种信息。础就是必须能够通过网络轻松地
7、传递各种信息。l网络编程首先要解决网间进程通信的问题，然后才能在通信的基础上开发各种应用功能。2网络应用进程在网络体系结构中的位置网络应用进程在网络体系结构中的位置123实现网间进程通信必须解决的问题实现网间进程通信必须解决的问题 网网间间进进程程通通信信是是指指网网络络中中不不同同主主机机中中的的应应用用进进程程之间的相互通信问题，必须解决以下问题：之间的相互通信问题，必须解决以下问题：l网间进程的标识问题网间进程的标识问题(不能只用进程号标识)；l如如何何与与网网络络协协议议栈栈连连接接的的问问题题（通过定义套接字网络编程接口来解决）；l多重协议的识别问题多重协议的识别问题(不同协议工作方
8、式不同)；l不不同同通通信信服服务务的的问问题题（要求不同，如文件传输要求可靠、无差错、无乱序、无丢失，网络聊天要求不高，可选TCP和UDP服务）。131.1.2 1.1.2 因特网中网间进程的标识因特网中网间进程的标识1传输层在网络通信中的地位传输层在网络通信中的地位nTCP/IP协议栈的特点是协议栈的特点是“两头大、中间小两头大、中间小”l应用层有多个应用进程,使用不同应用层协议；l网络接口层，有多种数据链路层协议，支持不同的物理网络连接；l网络层有IP协议，传输层有TCP和UDP协议。n按按照照OSI七七层层协协议议的的描描述述，传传输输层层与与网网络络层层在在功功能上的最大区别，是传输
9、层提供进程通信的能力。能上的最大区别，是传输层提供进程通信的能力。nTCP/IP协协议议提提出出了了传传输输层层协协议议端端口口（简简称称端端口口）的概念，成功地解决了通信进程的标识问题。的概念，成功地解决了通信进程的标识问题。141.1.2 1.1.2 因特网中网间进程的标识因特网中网间进程的标识1传输层在网络通信中的地位传输层在网络通信中的地位 传输层是计算机网络中，通信主机内部进行独立传输层是计算机网络中，通信主机内部进行独立操作的第一层，是支持端到端的进程通信的关键的一操作的第一层，是支持端到端的进程通信的关键的一层。层。图图1.3 基于基于TCP/IP协议栈的进程间的通信协议栈的进程
10、间的通信 152 2端口的概念端口的概念n端口是TCP/IP协议族中，应用层进程与传输层协议实体间的通信接口n在OSI七层协议描述中，将其称为应用层进程与传输层协议实体间的服务访问点（SAP）。l应用层进程通过系统调用与某个传输层端口进行绑定，然后通过该端口接收或发送数据。l类似于文件描述符，每个端口都拥有一个叫作端口号（port number）的16位整数型标识符。l可以用端口标识通信的网络应用程序。162 2端口的概念端口的概念图1.4 UDP与TCP的报文格式n传输层TCP和UDP两个协议是完全独立的软件模块，因此各自的端口号也独立。l使用时必须说明是UDP端口还是TCP端口，两种协议的
11、端口间没有任何联系。lTCP 和UDP都可以提供65536个端口。l端口是操作系统可分配的一种资源。17n 从从实实现现的的角角度度讲讲，端端口口是是一一种种抽抽象象的的软软件件机机 制，包括一些数据结构和制，包括一些数据结构和I/OI/O缓冲区。缓冲区。l进程通过系统调用与某端口建立绑定关系后，传输层传给该端口的数据都被相应进程接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。n在在TCP/IP实现中端口操作类似于一般的实现中端口操作类似于一般的I/O操作。操作。l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。2 2端口的概念端口的概念183端口号的分配机制端口号
12、的分配机制n网络进程通信前必须获知对方的进程地址。网络进程通信前必须获知对方的进程地址。l由于网络应用程序大多采用C/S模式开发，通信总是由客户机发起，因此事先只需让客户机知道服务器进程的端口号即可。lInternet中众所周知的服务是有限的。nTCP/IPTCP/IP协协议议采采用用了了全全局局分分配配（静静态态分分配配）和和本本地分配（动态分配）地分配（动态分配）相结合的分配方法。相结合的分配方法。n对对于于TCPTCP，或或者者UDPUDP，将将它它们们的的全全部部6553665536个个端端口口号分为号分为保留端口号保留端口号和和自由端口号自由端口号两部分。两部分。19n保留端口号保留
13、端口号：范围是：范围是0-10230-1023，又称为，又称为众所周知的众所周知的端口端口或或熟知端口熟知端口（well-known portwell-known port），只占少），只占少数，采用全局分配或集中控制的方式，由一个公数，采用全局分配或集中控制的方式，由一个公认的中央机构根据需要进行统一分配，静态地分认的中央机构根据需要进行统一分配，静态地分配给因特网上著名的众所周知的服务器进程，并配给因特网上著名的众所周知的服务器进程，并将结果公布于众。将结果公布于众。3端口号的分配机制端口号的分配机制TCP的保留端口UDP的保留端口FTP21DNS53HTTP80TFTP69SMTP25S
14、NMP161POP3110表1.1 一些典型的应用层协议分配到的保留端口 20n自由端口号自由端口号:范围是范围是1024-655351024-65535，采用本地分配，又，采用本地分配，又称为动态分配的方法。称为动态分配的方法。nTCPTCP或或UDPUDP端口的分配规则是：端口的分配规则是：l端口端口0 0：不使用，或者作为特殊的用途；：不使用，或者作为特殊的用途；l端端口口1-2551-255：保保留留给给特特定定的的服服务务，TCPTCP和和UDPUDP均均规规定定，小于小于256256的端口号才能分配给网上著名的服务；的端口号才能分配给网上著名的服务；l端口端口256-1023256
15、-1023：保留给其他的服务，如路由；：保留给其他的服务，如路由；l端口端口1024-49991024-4999：可以用作任意客户机的端口；：可以用作任意客户机的端口；l端口端口5000-655355000-65535：可以用作用户的服务器端口。：可以用作用户的服务器端口。3端口号的分配机制端口号的分配机制213端口号的分配机制端口号的分配机制我们可以描述一下，在这样的端口分配机制下，客户机进程C与服务器进程S第一次通信的情景。图1.5 客户机与服务器的第一次通信22n为为确确保保服服务务器器进进程程为为多多个个客客户户机机进进程程服服务务，服服务务器器的的保保留留端端口口是是专专门门用用来来
16、监监听听客客户户端端的的连连接接请求的。请求的。n当当服服务务器器从从保保留留端端口口接接收收到到一一个个客客户户机机的的请请求求后后，立立即即创创建建另另外外一一个个线线程程，并并为为这这个个线线程程分分配配一一个个自自由由端端口口（在在500050006553565535选选择择分分配配），然后继续接收新的客户机请求。然后继续接收新的客户机请求。3端口号的分配机制端口号的分配机制234 4进程的网络地址的概念进程的网络地址的概念n 在在因因特特网网中中，用用一一个个三三元元组组可可以以在在全全局局中中唯唯一一地地标标识一个应用层进程：识一个应用层进程：应应用用层层进进程程地地址址=（传传输
17、输层层协协议议，主主机机的的IPIP地地址址，传输层的端口号）传输层的端口号）n这样一个三元组，叫做一个这样一个三元组，叫做一个半相关半相关（half-half-associationassociation），它标识了因特网中进程间通信的一），它标识了因特网中进程间通信的一个端点，也把它称为个端点，也把它称为进程的网络地址进程的网络地址。245 5网络中进程通信的标识网络中进程通信的标识n 一一个个完完整整的的网网间间通通信信需需要要一一个个五五元元组组在在全全局局中中唯唯一地来标识：一地来标识：(传传输输层层协协议议，本本地地机机IPIP地地址址，本本地地机机传传输输层层端端口口，远地机远地
18、机IPIP地址，远地机传输层端口地址，远地机传输层端口)n这个五元组称为一个这个五元组称为一个全相关全相关（associationassociation），即），即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的全两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的全相关，或完全指定一对网间通信的进程。相关，或完全指定一对网间通信的进程。251.1.3 1.1.3 网络协议的特征网络协议的特征n在网络分层体系结构中，各层之间是严格单向依在网络分层体系结构中，各层之间是严格单向依赖的，各层次的分工和协作集中体现在相邻层之赖的，各层次的分工和协作集中体现在相邻层之间的接口上。间的接口上。n服务是描述相邻层之间关系的抽
19、象概念。服务是描述相邻层之间关系的抽象概念。l下层是服务提供者、上层是服务使用者；l服务的表现形式是原语操作，一般以系统调用或函数库的形式提供。l系统调用是操作系统内核向网络应用程序或高层协议提供的服务原语。lN层要向N+1层提供比N-1层更完善的服务。26l网络层及以下各层称为通信子网，提供点到点通信，没有程序或进程的概念。l传输层实现的是端到端的通信，引进了网间进程的概念，同时还要解决差错控制、流量控制、报文排序和连接管理等问题。l不同的传输层协议以不同的方式向应用层提供不同的服务。n网络程序开发者应了解常用网络协议的基本特征，网络程序开发者应了解常用网络协议的基本特征，掌握特定协议在程序
20、中的行为方式。掌握特定协议在程序中的行为方式。1.1.3 1.1.3 网络协议的特征网络协议的特征271.1.3 1.1.3 网络协议的特征网络协议的特征1面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务和无连接的服务n协协议议可可以以提提供供面面向向连连接接的的服服务务，或或者者提提供供无无连连接的服务。接的服务。n面面向向连连接接服服务务是是电电话话系系统统服服务务模模式式的的抽抽象象，即即每每一一次次完完整整的的数数据据传传输输都都要要经经过过建建立立连连接接，使用连接，终止连接的过程。使用连接，终止连接的过程。l传输过程中数据分组不携带目的地址；lTCP提供面向连接的虚电路服务，建立连接时确
21、定通信路径，并经过协商做好通信准备。l连接需要很多开销，如差错控制和流量控制。28n无无连连接接服服务务，是是邮邮政政系系统统服服务务的的抽抽象象，每每个个分分组组都都携携带带完完整整的的目目的的地地址址，各各分分组组在在系系统统中中独独立立传传送。送。l不能保证分组按序到达，不能进行分组出错的恢复与重传，不能保证传输的可靠性。l通信前不需建立连接，不管接收端是否做好准备接收数据。lUDP是无连接协议。1面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务和无连接的服务292 2面向消息的协议与基于流的协议面向消息的协议与基于流的协议（1 1）面向消息的协议）面向消息的协议n 面向消息的协议以消息为单位
22、在网上传送数据，在面向消息的协议以消息为单位在网上传送数据，在发送端，消息一条一条地发送，在接收端，也只能发送端，消息一条一条地发送，在接收端，也只能一条一条地接收，每一条消息是独立的，消息之间一条一条地接收，每一条消息是独立的，消息之间存在着边界。存在着边界。n保护消息边界保护消息边界：是指传输协议把数据当作一条独立：是指传输协议把数据当作一条独立的消息在网上传输，接收端只能接收独立的消息，的消息在网上传输，接收端只能接收独立的消息，即接收端一次只能接收发送端发出的一个数据包。即接收端一次只能接收发送端发出的一个数据包。30图1.6 保护消息边界的数据报传输服务 nUDP就是面向消息的，适合
23、于交换结构化数据。就是面向消息的，适合于交换结构化数据。（1 1）面向消息的协议）面向消息的协议31（2 2）基于流的协议）基于流的协议n基基于于流流的的协协议议不不保保护护消消息息边边界界，将将数数据据当当作作字字节节流连续地传输，不管实际消息边界是否存在。流连续地传输，不管实际消息边界是否存在。l发送端允许系统将原始消息分解成几条小消息分别发送，或把几条消息积累在一起形成大数据包发送，多次发送的数据统一编号。l如果发送端连续发送数据，接收端有可能在一次接收动作中接收两个或更多的数据包。l只要数据一到达，网络堆栈就开始读取并将其缓存，等待进程处理。32（2 2）基于流的协议）基于流的协议 图
24、1.7 无消息边界的流传输服务nTCP是基于流的协议。是基于流的协议。n流传输，把数据当作一串数据流，不认为数据是一个一个的消息，编程时不要忽略这一点。333 3可靠性和次序性可靠性和次序性n 可可靠靠性性：保保证证了了发发送送端端发发出出的的每每个个字字节节都都能能到到达达既既定定的的接接收收端端，不不出出错错，不不丢丢失失，不不重重复，保证数据的完整性，称为复，保证数据的完整性，称为保证投递保证投递。n次序性次序性：是指对数据到达接收端的顺序进行：是指对数据到达接收端的顺序进行处理。保护次序性的协议保证接收端收到数处理。保护次序性的协议保证接收端收到数据的顺序就是数据的发送顺序，称为据的顺
25、序就是数据的发送顺序，称为按序递按序递交。交。n协议的可靠性和次序性与是否面向连接密协议的可靠性和次序性与是否面向连接密切相关，面向连接的协议可保证可靠性和切相关，面向连接的协议可保证可靠性和次序性。次序性。34l1.1.4 1.1.4 高效的用户数据报协议高效的用户数据报协议UDPUDPn用户数据报协议用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP），是一种尽力传送的、无连接的、不保障），是一种尽力传送的、无连接的、不保障可靠的传输服务，是一种保护消息边界的数据传可靠的传输服务，是一种保护消息边界的数据传输。输。l基于UDP的应用程序在高可靠性、低延迟的网络中运行良好；
26、l在网络层的基础上只增加了端口号的支持；l传输效率高，适用于交易型的应用程序，如TFTP、SNMP、DNS等应用进程。351.1.5 可靠的传输控制协议TCP1可靠性是很多应用的基础 2TCP为应用层提供的服务 传输控制协议传输控制协议TCPTCP (Transmission Control(Transmission Control ProtocolProtocol，TCP)TCP)为应用层进程提供一个面向连为应用层进程提供一个面向连接的、端到端的、完全可靠的（无差错、无丢接的、端到端的、完全可靠的（无差错、无丢失、无重复或失序）全双工的流传输服务。失、无重复或失序）全双工的流传输服务。nIP
27、为TCP提供的是无连接的、尽力传送的、不可靠的传输服务，TCP为了向应用层进程提供可靠的传输服务，采取了一系列保障机制。nTCP提供流传输服务，对传输数据的内部结构一无所知，只负责将字节流原封不动的传送到对方的应用进程。363 3TCPTCP利用利用IPIP数据报实现了端对端的传输服务数据报实现了端对端的传输服务nTCPTCP被称作一种端被称作一种端对端（端（end to endend to end）协议，因，因为它提供一个直接从一台它提供一个直接从一台计算机上的算机上的应用用进程到另一程到另一远程程计算机上的算机上的应用用进程的程的连接。接。l应用进程能请求应用进程能请求TCPTCP构造一个
28、连接，通过这个连构造一个连接，通过这个连 接接发送和接收数据，以及关闭连接。发送和接收数据，以及关闭连接。l由由TCPTCP提供的连接叫做虚连接，虚连接是由软件实提供的连接叫做虚连接，虚连接是由软件实现的。事实上，底层的因特网系统并不对连接提供现的。事实上，底层的因特网系统并不对连接提供硬件或软件支持，只是两台机器上的硬件或软件支持，只是两台机器上的TCPTCP软件模块软件模块通过交换消息来实现连接的虚拟。通过交换消息来实现连接的虚拟。37图1.8 TCP是一个端到端的传输协议 3 3TCPTCP利用利用IPIP数据报实现了端对端的传输服务数据报实现了端对端的传输服务n从从TCP角度来看，整个
29、角度来看，整个Internet是一个通信系统，是一个通信系统，能够接收和传递消息，而不会改变和干预消息的能够接收和传递消息，而不会改变和干预消息的内容。内容。384 4三次握手三次握手n为确保连接的建立和终止都是可靠的，为确保连接的建立和终止都是可靠的，TCPTCP使用三使用三次握手（次握手（3-way handshake3-way handshake）的方式来建立连接）的方式来建立连接.图图1.9 TCP1.9 TCP的三次握手过程的三次握手过程 39n已证明：三次握手是在包丢失、重复和延迟的情已证明：三次握手是在包丢失、重复和延迟的情况下确保非模糊协定的充要条件。况下确保非模糊协定的充要条
30、件。l如图所示，前两个被称为SYN段。lTCP会重发丢失的SYN段。l三次握手确保TCP不会打开或关闭一个连接，直到两端达成一致。l创建一个连接的三次握手中，要求每一端产生一个随机32位序列号。l在计算机重启后，尝试建立一个新的TCP连接时，要选择一个新的随机数，可保证不受老连接的重复或延迟包的影响。4 4三次握手三次握手401.2.1 1.2.1 基于基于TCP/IPTCP/IP协议栈的网络编程协议栈的网络编程三类网络编程三类网络编程1.2n最最基基本本的的网网络络编编程程方方式式，主主要要是是使使用用各各种种编编程程语语言言，利利用用操操作作系系统统提提供供的的套套接接字字网网络络编编程程
31、接接口口，直接开发各种网络应用程序。直接开发各种网络应用程序。n本门课程主要讲解这种网络编程的相关技术。本门课程主要讲解这种网络编程的相关技术。l直接利用网络协议栈提供的服务来实现网络应用，层次比较低，编程者自由度比较大，在利用套接字实现了网络进程通信以后，可以编写各种网络应用程序。l需掌握套接字网络编程接口及应用层网络协议411.2.2 1.2.2 基于基于WWWWWW应用的网络编程应用的网络编程nWWW称为万维网或Web，是因特网上最广泛的应用。n基于WWW应用的网络编程技术，包括：l所见即所得的静态网页制作；uHTML、JavaScript等。l动态服务器页面的制作。uASP、PHP、J
32、SP、J2EE、Hibernate、Spring、Struts等技术。421.2.3 1.2.3 基于基于.NET.NET框架的框架的Web ServicesWeb Services网络编程网络编程1关于关于.NET平台平台n微微软软公公司司在在20002000年年7 7月月公公布布的的.NET.NET平平台台是是一一个个全全新新的的开开发发框框架架，集集成成了了微微软软二二十十世世纪纪九九十十年年代代后后期期的的许许多多技技术术，如如COM+COM+组组件件技技术术、ASP ASP WebWeb开开发发框架、框架、XMLXML和和OOPOOP面向对象设计等。面向对象设计等。n.NET.NET
33、支支持持新新的的WebWeb服服务务协协议议，如如简简单单对对象象访访问问协协议议（SOAPSOAP），WebWeb服服务务描描述述语语言言（WSDLWSDL），统统一一描描述述、发发现现和和集集成成规规范范（UDDIUDDI），以以及及以以InternetInternet为中心的理念。为中心的理念。43(1).NET(1).NET平台有四组产品平台有四组产品 开开发发工工具具：一组语言（C#和VB.NET）、一组开发工具（VisualStudio.NET）、一个综合类库（用于创建Web服务、Web应用程序和Windows应用程序）、一个用于执行对象的公共语言运行环境（CLR）。专专用用服服务
34、务器器:.NET企业级服务器，提供关系型数据存储。Web Web 服务服务 设备设备：.NET驱动的数字化智能设备。驱动的数字化智能设备。1关于关于.NET平台平台44(2)(2)MSMS的的.NET.NET使使软软件件成成为为一一种种服服务务，除除了了以以WebWeb为为中中心心外，还顺应了软件工业的趋势，包括以下几个方面：外，还顺应了软件工业的趋势，包括以下几个方面：分布式计算分布式计算 组件化组件化 企业级别的服务企业级别的服务 WEB WEB 范型转移范型转移1 1关于关于.NET.NET平台平台n这这些些都都有有助助于于互互操操作作性性、可可伸伸缩缩性性、易易得得性性、可管理性指标的
35、实现。可管理性指标的实现。45(3).NET(3).NET平台由三层软件构成平台由三层软件构成 顶层是全新的开发工具顶层是全新的开发工具VS.NETVS.NET：用于开发Web服务和其他应用程序，支持4种语言和跨语言调试的集成开发环境。中间层包括三部分中间层包括三部分n.NET.NET服务器服务器n.NETNET服务服务构件构件n.NETNET框架框架 底层是底层是WINDOWSWINDOWS操作系统操作系统 46(4).NET(4).NET框架的设计要支持的目标框架的设计要支持的目标 简化组件的使用；简化组件的使用；实现语言的集成；实现语言的集成；支持支持InternetInternet的互
36、操作；的互操作；简化软件的开发；简化软件的开发；简化组件的部署；简化组件的部署；提高可靠性；提高可靠性；提高安全性。提高安全性。1 1关于关于.NET.NET平台平台472关于关于Web服务服务 什什么么是是WebWeb服服务务？WebWeb服服务务是是松松散散耦耦合合的的可可复复用用的的软软件件模模块块，在在InternetInternet上上发发布布后后，能能通通过过标标准准的的Internet Internet 协协议议在在程程序序中中访访问问，具具有有以以下下的的特点：特点：（1 1）可复用；）可复用；（2 2）松散耦合；）松散耦合；（3 3）封装；）封装；（4 4）WebWeb服务可
37、以在程序中访问；服务可以在程序中访问；（5 5）WebWeb服务在服务在InternetInternet上发布。上发布。48nWeb服务用发现机制来定位服务服务用发现机制来定位服务,实现松散耦合。实现松散耦合。nWeb服服务务发发现现，是是定定位位或或发发现现特特定定的的Web服服务务文文档档的的过过程程，文文档档用用Web服服务务描描述述语语言言（WSDL）来描述。来描述。lWeb服务发现通过.disco文件实现，当一个Web服务出现后，为之发布一个.disco文件，是一个XML文档，其中包括指向描述Web服务的其他信息资源的链接。l程序可以动态的使用这些链接获取说明文档，最终得知Web服务
38、的详细信息。2关于关于Web服务服务49nWeb服务的基本结构：服务的基本结构：lWeb服服务务目目录录：发布Web服务提供者能够提供的Web服务，供客户查找；lWeb服服务务发发现现：统一描述、发现和集成规范UDDI定义了一种发布和发现Web服务相关信息的标准方法；lWeb服服务务描描述述：Web服务的基本结构建立在通过基于XML的消息进行通信的基础上，而消息必须遵守Web服务描述的约定，是一个用WSDL表示的XML文档，定义Web服务可以理解的消息格式。2关于关于Web服务服务50nWeb服服务务建建立立在在3个个角角色色的的交交互互上上，交交互互的的内内容容包括包括3个操作。个操作。l3
39、个角色：个角色：服务的提供者、注册处和请求者；服务的提供者、注册处和请求者；l3个操作：个操作：发布、查找和绑定。发布、查找和绑定。n这这些些角角色色和和操操作作都都围围绕绕Web服服务务本本身身和和服服务务说说明明两个产品展开。两个产品展开。2关于关于Web服务服务51n Web服务的运行机理：服务的运行机理：l服务提供者有一个可以通过网络访问的软件模块，即Web服务的实现，并为此Web服务定义了服务描述，并把它发布给服务的请求者或服务的注册处；l服务请求者用查找操作从本地或注册处得到服务描述，并使用描述中的信息与服务提供者实现绑定，然后与Web服务交互，调用其中的操作。l服务提供者和服务请
40、求者是Web服务的逻辑基础，一个Web服务既可以是提供者也可以是请求者。2关于关于Web服务服务52n服务提供者服务提供者l从商业的角度来说是服务的拥有者，从Web服务的架构来说是拥有服务的平台；n服务请求者服务请求者l是需要某种功能的商业机构，从商业的角度来说是查找调用服务的应用程序，包括人使用的浏览器，或无用户界面的应用程序。n服务注册处服务注册处l从Web服务的架构来说是供服务提供者发布服务描述的地方，供请求者找到服务以及与服务绑定的信息，包括开发时的静态绑定和运行时的动态绑定。2关于关于Web服务服务53nWeb服务开发的生命周期，包括服务开发的生命周期，包括4个阶段：个阶段：l创创建
41、建：开发测试Web服务的实现，包括服务接口描述的定义和服务实现描述的定义；l安安装装：把服务接口和服务实现的定义发布到服务请求者或服务注册处，把服务的可执行程序放到Web服务器的可执行环境中；l运运行行：Web服务等待调用请求，被不同的请求者通过网络访问或调用，服务请求者此时可以查找或绑定操作。l管管理理：对Web服务应用程序进行监督、检查和控制，包括安全性、性能和服务质量管理等。2关于关于Web服务服务54客户机客户机/服务器交互模式服务器交互模式1.3n本本节节着着重重于于因因特特网网上上的的高高级级服服务务，以以及及提提供供这这些服务的应用软件。些服务的应用软件。n讨讨论论网网络络应应用
42、用软软件件的的客客户户机机服服务务器器交交互互模模式式，并并说说明明网网络络协协议议操操作作的的方方式式为为什什么么需需要要这这种种模模式。式。n这是构筑所有网络应用的基础。这是构筑所有网络应用的基础。55n因特网仅仅提供一个通用的通信构架，它只负责传送信息，而对于信息传过去干什么用，利用因特网究竟提供什么服务，由哪些计算机来运行这些服务，如何确定服务的存在，如何使用这些服务等等问题，都要由应用软件和用户解决。n计算机能够利用因特网提供什么服务？何时启动这些服务？都需要高层应用软件及用户解决。1.3.1 1.3.1 网络应用软件的地位和功能网络应用软件的地位和功能561.3.2 1.3.2 客
43、户机服务器模式客户机服务器模式n网网络络应应用用进进程程通通信信时时，普普遍遍采采用用客客户户机机服服务务器器交交 互互 模模 式式（client-server client-server paradigm paradigm of of interactioninteraction），简称），简称C/SC/S模式模式.n这是因特网上应用程序最常用的通信模式。这是因特网上应用程序最常用的通信模式。nC/S模式的建立基于以下两点：l客户机与服务器之间的关系是非对等的，服务器提供资源，客户机请求共享这些资源；l网间进程通信是完全异步的，互相通信的进程间既不存在父子关系，又没有共享内存缓冲区，需要一种
44、机制为二者间的数据交换提供同步.571、服务器的工作过程nC/S模式过程中服务器处于被动服务的地位。n服务器要先启动，并根据客户机请求提供相应服务：l打开一通信通道，并告知服务器所在的主机，并愿意在某一公认的地址上（熟知知端口，如FTP为21）接收客户机请求。l等待客户机的请求到达该端口。l服务器接收到服务请求，处理该请求并发送应答信号。为了能并发地接收多个客户机的服务请求，要激活一个新进程或新线程来处理这个客户机请求(如UNIX系统中用fork、exec)。服务完成后，关闭此新进程与客户机的通信链路并终止.l返回第二步，等待并处理另一客户请求。l在特定的情况下，关闭服务器。582、客户端的工
45、作过程n客户方采取的是主动请求方式：l打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定监听端口。l向服务器发送请求报文，等待并接收应答；继续提出请求，与服务器的会话按照应用协议进行。l请求结束后，关闭通信通道并终止。591.3.2 1.3.2 客户机服务器模式客户机服务器模式表表1.2 一些常见的网络应用一些常见的网络应用网络应用客户端软件服务器软件应用层协议电子邮件foxmail电子邮件服务器SMTP、Pop3文件传输cutFTP文件传输服务器FTPWWW浏览IE浏览器IIS服务器HTTP601.3.3 1.3.3 客户机与服务器的特性客户机与服务器的特性n客户端软件的特点客户端软件的特点n服务
46、器端软件的特点服务器端软件的特点n基于因特网的基于因特网的C/S模式的应用程序的特点模式的应用程序的特点611.3.3 1.3.3 客户机与服务器的特性客户机与服务器的特性1 1客户端软件特点客户端软件特点在进行网络通信时临时成为客户机，但它也可在本地进行其他的计算。被用户调用，只为一个会话运行。在打算通信时主动向远地服务器发起通信。能访问所需的多种服务，但在某一时刻只能与一个远程服务器进行主动通信。主动地启动与服务器的通信。在用户的计算机上运行，不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。622 2服务器软件的特点服务器软件的特点是是一一种种专专门门用用来来提提供供某某种种服服务务的的程程序序，可可
47、同同时时处处理多个远地客户机的请求。理多个远地客户机的请求。当当系系统统启启动动时时即即自自动动调调用用，并并且且连连续续运运行行着着，不不断地为多个会话服务。断地为多个会话服务。接接受受来来自自任任何何客客户户机机的的通通信信请请求求，但但只只提提供供一一种种服务。服务。被被动动地地等等待待并并接接受受来来自自多多个个远远端端客客户户机机的的通通信信请请求。求。在在共共享享计计算算机机上上运运行行，一一般般需需要要强强大大的的硬硬件件和和高高级的操作系统支持。级的操作系统支持。1.3.3 1.3.3 客户机与服务器的特性客户机与服务器的特性633 3基于因特网的基于因特网的C/SC/S模式的
48、应用程序的特点模式的应用程序的特点客客户户机机和和服服务务器器都都是是软软件件进进程程，C/S模式是网络上通过进程通信建立分布式应用的常用模型。非非对对称称性性：服务器通过网络提供服务，客户机通过网络使用服务，这种不对称性体现在软件结构和工作过程上。对等性：对等性：客户机和服务器必有一套共识的约定，必与以某种应用层协议相联，并且协议必须在通信的两端实现。比如浏览器和3W服务器就都基于HTTP超文本传输协议。1.3.3 1.3.3 客户机与服务器的特性客户机与服务器的特性64服服务务器器的的被被动动性性：服务器必须先行启动，时刻监听，日夜值守，及时服务，只要有客户机请求，就立即处理并响应，回传信
49、息。但决不主动提供服务。客客户户机机的的主主动动性性：客户机可以随时提出请求，通过网络得到服务，也可以关机走人，一次请求与服务的过程是由客户机首先激发的。一一对对多多：一个服务器可以为多个客户机服务，客户机也可以打开多个窗口，连接多个服务器。分分布布性性与与共共享享性性：资源在服务器端组织与存储，通过网络分散在多个客户机使用。1.3.3 1.3.3 客户机与服务器的特性客户机与服务器的特性3 3基于因特网的基于因特网的C/SC/S模式的应用程序的特点模式的应用程序的特点651.3.4 1.3.4 容易混淆的术语容易混淆的术语1服务器程序与服务器类计算机服务器程序与服务器类计算机n服服务务器器（
50、serverserver）这这个个术术语语来来指指那那些些运运行行着着的的服服务务程程序。序。n服服务务器器类类计计算算机机（server-class server-class computercomputer）这这一一术术语语来称呼那些运行服务器软件的强大的计算机。来称呼那些运行服务器软件的强大的计算机。66图1.10 用户、客户机、服务器、服务器类计算机 2客户机与用户n“客户机”(client)和服务器都指的是应用进程，即计算机软件。n“用户”(user)指的是使用计算机的人。1.3.4 1.3.4 容易混淆的术语容易混淆的术语671.3.5 客户机与服务器的通信过程客户机与服务器的通信