第 1 页 socket编程原理
socket编程原理
1问题的引入
UNIX系统的I/O命令集，是从Maltics和早期系统中的命令演变出来的，其模式为打开一读/写一关闭(open-write-read-close)。在一个用户进程进行I/O操作时，它首先调用"打开"获得对指定文件或设备的使用权，并返回称为文件描述符的整型数，以描述用户在打开的文件或设备上进行I/O操作的进程。然后这个用户进程多次调用"读/写"以传输数据。当所有的传输操作完成后，用户进程关闭调用，通知操作系统已经完成了对某对象的使用。
TCP/IP协议被集成到UNIX内核中时，相当于在UNIX系统引入了一种新型的I/O操作。UNIX用户进程与网络协议的交互作用比用户进程与传统的I/O设备相互作用复杂得多。首先，进行网络操作的两个进程钥纪纪同机器上，如何建立它们之间的联系?其次，网络协议存在多种，如何建立一种通用机制以支持多种协议?这些都是网络应用编程界面所要解决的问题。
在UNIX系统中，网络应用编程界面有两类：UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI。由于Sun公司采用了支持TCP/IP的UNIX BSD操作系统，使TCP/IP的应用有更大的发展，其网络应用编程界面──套接字(socket)在网络软件中被广泛应用，至今已引进微机操作系统DOS和Windows系统中，成为开发网络应用软件的强有力工具，本章将要详细讨论这个问题。
2套接字编程基本概念
钥纪纪始使用套接字编程之前，首先必须建立以下概念。
2.1网间进程通信
进程通信的概念最初来源于单机系统。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)、命名管道(named pipe)和软中断信号(signal)，UNIX system V的消息(message)、共享存储区(shared memory)和信号量(semaphore)等，但都仅限于用在本机进程之间通信。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其中的特例)。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。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，
1.什么是TCP/IP、UDP？
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
UDP（ser Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
这里有一张图，表明了这些协议的关系。
TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。
2.Socket在哪里？
在上图中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。
图2
原来Socket在这里。
3.Socket是什么？
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个外观模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
4.如何使用Socket？
前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后
提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。
图3
什么是Socket
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。
Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的 Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket()，该函数返 回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种：流式Socket （SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据 报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
Socket建立
为了建立Socket，程序可以调用Socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的类型： SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值"0"。 Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。
Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为你管理描述符表。
实验四 基础Socket编程
一、学时
2小时
二、实验类型
验证性实验
三、实验目的
通过本实验掌握C#中基础Socket的使用方法，了解其区别与适用场合。
四、实验要求
熟悉Visual Studio开发环境，掌握C#的基础Socket。
五、实验内容
实现简单的基于TCP或UDP或IP等协议的通信程序（可以基于控制台，也可以基于窗体），要求使用C#的基础Socket。
六、实验步骤
1. 设计通信流程。
2. 实现程序功能。
七、实验结果形式
书面实验报告，要求给出核心部分代码并进行注释说明。
