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基于Client/Server模式的网络编程总结

文章作者:网友投稿 发布时间:2008-12-10 来源:网络

烈火建站学院转载 写完了这次的网络作业(基于C/S模式的网络套接字编程),先总结一下

一、基础知识

1.C/S模式

C/S (Client/Server,客户机/服务器)模式又称C/S结构,是软件系统体系结构的一种。C/S模式简单地讲就是基于企业内部网络的应用系统。与 B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)模式相比,C/S模式的应用系统最大的好处是不依赖企业外网环境,即无论企业是否能够上网,都不影响应用。服务器通常采用高性能的PC、工作站或小型机,并采用大型数据库系统,如ORACLE、SYBASE、InfORMix或 SQL Server。客户端需要安装专用的客户端软件。传统的C/S体系结构虽然采用的是开放模式,但这只是系统开发一级的开放性,在特定的应用中无论是Client端还是Server端都还需要特定的软件支持。由于没能提供用户真正期望的开放环境,C/S结构的软件需要针对不同的操作系统系统开发不同版本的软件,加之产品的更新换代十分快,已经很难适应百台电脑以上局域网用户同时使用。而且代价高,效率低。

2.C/S模式的优缺点

C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力,很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。缺点主要有以下几个:

  只适用于局域网。而随着互联网的飞速发展,移动办公和分布式办公越来越普及,这需要我们的系统具有扩展性。这种方式远程访问需要专门的技术,同时要对系统进行专门的设计来处理分布式的数据。

  客户端需要安装专用的客户端软件。首先涉及到安装的工作量,其次任何一台电脑出问题,如病毒、硬件损坏,都需要进行安装或维护。特别是有很多分部或专卖店的情况,不是工作量的问题,而是路程的问题。还有,系统软件升级时,每一台客户机需要重新安装,其维护和升级成本非常高。

对客户端的操作系统一般也会有限制。可能适应于Win98, 但不能用于win2000或Windows XP。或者不适用于微软新的操作系统等等,更不用说Linux、Unix等。

3.C/S模式与B/S模式比较分析

C/S模式主要由客户应用程序(Client)、服务器管理程序(Server)和中间件(middleware)三个部件组成。客户应用程序是系统中用户与数据进行交互的部件。服务器程序负责有效地管理系统资源,如管理一个信息数据库,其主要工作是当多个客户并发地请求服务器上的相同资源时,对这些资源进行最优化管理。中间件负责联结客户应用程序与服务器管理程序,协同完成一个作业,以满足用户查询管理数据的要求。
  B/S模式是一种以Web技术为基础的新型的MIS系统平台模式。把传统C/S模式中的服务器部分分解为一个数据服务器与一个或多个应用服务器(Web服务器),从而构成一个三层结构的客户服务器体系。
  第一层客户机是用户与整个系统的接口。客户的应用程序精简到一个通用的浏览器软件,如Netscape Navigator,微软公司的IE 等。浏览器将HTML代码转化成图文并茂的网页。网页还具备一定的交互功能,允许用户在网页提供的申请表上输入信息提交给后台,并提出处理请求。这个后台就是第二层的Web服务器。
  第二层Web服务器将启动相应的进程来响应这一请求,并动态生成一串HTML代码,其中嵌入处理的结果,返回给客户机的浏览器。如果客户机提交的请求包括数据的存取,Web服务器还需与数据库服务器协同完成这一处理工作。
  第三层数据库服务器的任务类似于C/S模式,负责协调不同的Web服务器发出的SQ请求,管理数据库。

4.套接字

    套接字,简单的说就是通信的两方的一种约定,用套接字中的相关函数来完成通信过程。

  应用层通过传输层进行数据通信时,TCP和UDP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口。

区分不同应用程序进程间的网络通信和连接,主要有3个参数:通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。Socket原意是 “插座”。通过将这3个参数结合起来,与一个“插座”Socket绑定,应用层就可以和传输层通过套接字接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

 

5.套接字连接的三种方式

如何使用套接字进行通信呢?服务器程序会首先启动,然后它就只是等待来自客户的请求.通常,由客户程序发起一个连接,指向它希望连接的服务器.当客户发出请求时,服务器可以接受这个连接,变即启动一个特定的服务器端套接字,通过它与客户端套接字相连.为了支持这种操作模式. 可以使用三种不同的套接字连接:
1 : 客户连接(Client connections)由客户启动,并将本地客户套接字与远程服务器套接字相连.客户套接字必须说明它们想连接的服务器.需要提供服务器的主机名或IP地址及其端口号.
2 : 监听连接(Listening Connections) 是等待客户的被动服务器套接字连接.一旦客户发出了新的请求,服务器就会为该特殊连接生成新的套接字,然后返回监听状态.监听服务器套接字必须说明代表其提供服务的端口吗(事实上,客户正是通过该端口进行连接的).
3 : 服务器连接是由服务器激活的连接,负责接受来自客户的请求.
     这些不同的连接种类只对建立客户与服务器之间的连接具有重要性.一旦连接建立完毕.连接的双方都可以自由发出请求并彼此发送数据.

 

6. 三种类型的套接字

流式套接字(SOCK_STREAM)

提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复地发送,且按发送顺序接收。内设流量控制,避免数据流超限;数据被看作是字节流,无长度限制。文件传送协议(FTP)即使用流式套接字。

数据报式套接字(SOCK_DGRAM)

提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送,不提供无错保证,
数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。网络文件系统(NFS)使用数据报式套接字。
原始式套接字(SOCK_RAW)#p#分页标题#e#

该接口允许对较低层协议,如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。

 

7.基本套接字的系统调用

创建套接字──socket()
应用程序在使用套接字前,首先必须拥有一个套接字,系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段,其调用格式如下:

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);

该调用要接收三个参数:af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域,UNIX系统支持的地址族有:AF_UNIX、 AF_INET、AF_NS等,而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET,它是网际网区域。因此,地址族与协议族相同。参数type 描述要建立的套接字的类型。参数protocol说明该套接字使用的特定协议,如果调用者不希望特别指定使用的协议,则置为0,使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字,并将相应的资源分配给它,同时返回一个整型套接字号。因此,socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

指定本地地址──bind()
当一个套接字用socket()创建后,存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联系起来,即将名字赋予套接字,以指定本地半相关。其调用格式如下:

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name 是赋给套接字s的本地地址(名字),其长度可变,结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。

如果没有错误发生,bind()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。

地址在建立套接字通信过程中起着重要作用,作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识。例如,UNIX BSD有一组描述套接字地址的数据结构,其中使用TCP/IP协议的地址结构为:

struct sockaddr_in{

short sin_family;

u_short sin_port;

struct in_addr sin_addr;

char sin_zero[8];

}

建立套接字连接──connect()与accept()

这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立,其中connect()用于建立连接。无连接的套接字进程也可以调用connect(),但这时在进程之间没有实际的报文交换,调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址,而且如果收到的一个数据报,其目的端口未与任何套接字建立“连接”,便能判断该端靠纪纪可操作。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

connect()的调用格式如下:

int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。

如果没有错误发生,connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中,该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。

由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中,并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。

accept()的调用格式如下:

SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);

参数s为本地套接字描述符,在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针,用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度(字节数)。如果没有错误发生,accept()返回一个SOCKET类型的值,表示接收到的套接字的描述符。否则返回值 INVALID_SOCKET。

accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前,参数addr 指向一个初始值为空的地址结构,而addrlen 的初始值为0;调用accept()后,服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求,而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时,accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen,并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。

四个套接字系统调用,socket()、bind()、connect()、accept(),可以完成一个完全五元相关的建立。socket() 指定五元组中的协议元,它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元,即本地主机地址和端口号,其用法与是否面向连接有关:在服务器方,无论是否面向连接,均要调用bind();钥纪纪户方,若采用面向连接,则可以不调用bind(),而通过connect()自动完成。若采用无连接,客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。

以上讨论仅对客户/服务器模式而言,实际上套接字的使用是非常灵活的,唯一需遵循的原则是进程通信之前,必须建立完整的相关。

监听连接──listen()

此调用用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用,其调用格式如下:

int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号,服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度,用于限制排队请求的个数,目前允许的最大值为5。如果没有错误发生,listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接,并建立长度为backlog的请求连接队列。

调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字,且调用bind()给s赋于一个名字之后调用,而且一定要在accept()之前调用。

钥纪纪户/服务器模式中,有两种类型的服务:重复服务和并发服务。accept()调用为实现并发服务提供了极大方便,因为它要返回一个新的套接字号,其典型结构为:

int initsockid, newsockid;

if ((initsockid = socket(....)) < 0)#p#分页标题#e#

error(“can’t create socket”);

if (bind(initsockid,....) < 0)

error(“bind error”);

if (listen(initsockid , 5) < 0)

error(“listen error”);

for (; {

newsockid = accept(initsockid, ...)

if (newsockid < 0)

error(“accept error“);

if (fork() == 0){

closesocket(initsockid);

do(newsockid);

exit(0);

}

closesocket(newsockid);

}


这段程序执行的结果是newsockid与客户的套接字建立相关,子进程启动后,关闭继承下来的主服务器的initsockid,并利用新的 newsockid与客户通信。主服务器的initsockid可继续等待新的客户连接请求。由于在Unix等抢先多任务系统中,在系统调度下,多个进程可以同时进行。因此,使用并发服务器可以使服务器进程在同一时间可以有多个子进程和不同的客户程序连接、通信。钥纪纪户程序看来,服务器可以同时并发地处理多个客户的请求,这就是并发服务器名称的来由。

面向连接服务器也可以是重复服务器,其结构如下:

int initsockid, newsockid;

if ((initsockid = socket(....))<0)

error(“can’t create socket”);

if (bind(initsockid,....)<0)

error(“bind error”);

if (listen(initsockid,5)<0)

error(“listen error”);

for (; {

newsockid = accept(initsockid, ...)

if (newsockid < 0)

error(“accept error“);

do(newsockid);

closesocket(newsockid);

}

重复服务器在一个时间只能和一个客户程序建立连接,它对多个客户程序的处理是采用循环的方式重复进行,因此叫重复服务器。并发服务器和重复服务器各有利弊:并发服务器可以改善客户程序的响应速度,但它增加了系统调度的开销;重复服务器正好与其相反,因此用户在决定是使用并发服务器还是重复服务器时,要根据应用的实际情考网考网来定。

数据传输──send()与recv()

当一个连接建立以后,就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。

send()调用用于钥纪纪数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据,格式如下:

int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);

参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针,其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否发送带外数据等。如果没有错误发生,send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。

recv()调用用于钥纪纪数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据,格式如下:

int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);

参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针,其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否接收带外数据等。如果没有错误发生,recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭,返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

输入/输出多路复用──select()

select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说,这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时,此结构被更新,以反映那些满足特定条件的套接字的子集,同时, select()调用返回满足条件的套接字的数目,其调用格式如下:

int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);

参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域,此变量一般被忽略。

参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针,调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间,如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目,或者是发生错误则返回 SOCKET_ERROR。

关闭套接字──closesocket()

closesocket()关闭套接字s,并释放分配给该套接字的资源;如果s涉及一个打开的TCP连接,则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下:

BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生,closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。

 

二、基于TCP协议的编写步骤

服务器端

1.创建流式监听socket

2.获得本地IP地址,主机名和端口号,并用来填充socket

3.调用bind函数绑定本地端口号

4.调用listen开始进行监听

5.调用accept建立连接,得到新的套接字

6.进行循环利用recv,send在新的套接字上读写数据,直到完成交换

7.关闭套接字

客户端

1.建立流式套接字socket

2.利用connect与server端连接

3.利用send和recv向server进行数据交换

4.关闭套接字

 

三、基于UDP协议的编写步骤

服务器端

1.创建数据报式socket

2.获得本地IP地址,主机名和端口号,并用来填充socket

3.调用bind函数绑定本地端口号

4.建立循环,利用recrfrom从套接字读写数据,直到交换完成

5.关闭套接字

客户端

1.创建数据报式socket

2.调用bind函数绑定本地端口号

3.利用sendto和recvfrom向server进行数据交换

4.关闭套接字

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