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  • 通信原理

    千次阅读 多人点赞 2018-07-18 14:28:25
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  • 文章目录《Netty 4核心原理》 学习总结第一章 网络通信原理1.1 网络基础架构 - C/S信息传输流程1.2 TCP/IP 五层模型详解(4层与7层是对5层模型的缩减或拆解)1.3 网络请求原理全过程(浏览器中输入url发生了什么)...

    《Netty 4核心原理》 学习总结

    第一篇 I/O基础篇

    第一章 网络通信原理

    1.1 网络基础架构 - C/S信息传输流程

    • 完成一次网络通讯的5个步骤:
      • 1.客户端将应用内存中的数据发送/copy到操作系统内存
      • 2.操作系统按照客户端指定的协议,调用网卡发送数据
      • 3.网络传输
      • 4.服务端调用系统接口,将数据从计算机内存copy到应用内存
      • 5.服务端操作系统按照发送时的协议,从网卡读取数据,并将数据copy给应用

    1.2 TCP/IP 五层模型详解(4层与7层是对5层模型的缩减或拆解)

    • 应用层
      • 用户使用的应用即应用层操作
      • 协议:DNS协议、http、FTP、SMTP、
    • 传输层
      • 建立端口与端口的通信机制,TCP/UDP协议
    • 网络层
      • 网络普及:全世界的网络是由一个个小的局域网组成,数据包只能在一个局域网(广播域)内发送,跨局域网通信需要通过路由转发
      • 作用:区分哪些计算机在同一广播域,那些不在。根据区分结构选择使用广播或路由的方式进行数据发送
      • 原理:ip与子网掩码进行与(&)操作,结果一致则证明在同一个子网络
    • 数据链路层
      • 单纯的0/1信号没有任何意义,本层的功能就是定义电信号的分组方式,多少位为一组,每组代表什么意思,
      • 例如:请求报文中head固定18个字节,data为46字节,那前18位0/1就代表head(head中包含发送者地址6字节,接收者地址6字节,数据类型6字节)
    • 物理层
      • 根据电压的高低,代表0/1信号进行传输

    1.3 网络请求原理全过程(浏览器中输入url发生了什么)

    • 1.浏览器中输入访问地址:www.baidu.com
    • 2.通过DNS域名系统服务器(基于UDP协议)获得IP地址
    • 3.想目标机器发起http请求,数据内容包含数据格式、类型、http协议相关等
    • 4.TCP协议:TCP数据包嵌入http数据包,TCP数据包需要设置访问端口
    • 5.IP协议:TCP数据包嵌入到IP数据包,IP数据包需要设置双方的IP地址
    • 6.以太网协议:ip数据包嵌入到以太网数据包,以太网数据包设置双方的MAC地址
    • 7.服务响应

    1.4 网络通信之“魂” —— socket

    • 通信的基础
      • 两个进程间想要通信的最基本前提是存在一个唯一标识,能够识别一个进程
      • 在单机中可以用PID标识一个进程,但是在网络中就不行了
      • 根据本章内容我们不难得到:ip地址能够标识唯一主机,TCP层的协议和端口能够标识唯一进程,所以使用IP+协议+端口就能唯一标识网络中的进程
    • socket通常叫做套接字,socket是应用层和传输层之间的一个抽象,他将TCP/IP层的操作抽象为简单的接口调用,实现网络中的通信。

    第二章 java I/O演进之路

    • 2.3.1 阻塞与非阻塞
      • BIO的阻塞
        • 当一个线程调用read()或write()时,当前线程会被阻塞,知道有可用数据读取或数据读取完成
      • NIO的非阻塞
        • 当一个线程通过通道(Channel)发送读取数据请求时,如果没有数据准备好,直接返回,不会阻塞当前线程,在数据接收完成,变成可读取之前,当前线程可以做其他事。非阻塞也是这样
    • 2.3.2 Selector(选择器)在NIO中的作用
      • Selector允许一个单独的线程来监听多个输入通道(Channel),即多个Channel可以注册到一个Selector上,然后selector使用一个线程来“选择”可用channle,可用channel即已经有可以处理的数据输入或已经准保好数据的通道
    • 2.3.3 AIO简介
      • 真正的AIO依赖于操作系统,这里大家需要掌握Epoll相关知识
      • 由于AIO需要操作系统按照aio_read的参数,将数据写入到内核缓存中后,再通知应用来获取数据,所以AIO体现在准保数据(接收数据)、数据拷贝都由操作系统来完成,完成后通知应用即可。

    第二篇 初始Netty

    2.1 I/O 的问世

    • 2.1.1 什么是I/O

      • 在UNIX中,一切皆文件,文件就是一串二进制流。而I/O就是对这些流的手法操作。
      • 计算机中有很多文件(流),怎么知道要操作哪个流,是由操作系统内核会创建FD(文件描述符)标识,对FD的操作就是对流的操作。
      • 创建一个Socket,通过系统函数会返回一个FD,socket的操作就变成了对流的操作。
    • 2.1.2 I/O交互流程

      • 磁盘I/O交互分两阶段:
        • 操作系统:文件数据从磁盘到内核空间(操作系统)
        • 应用程序:数据从内核空间到用户空间
      • 网络I/O包含两个阶段
        • 等待网络数据到达网卡,数据读取到内核缓冲区
        • 从内核缓冲区复制数据到用户空间
    • 2.1.3 五种I/O通信模式

      • 图:略
      • 总结与对比:整个IO过程分为两部分:发起recvfrom(接收数据)时等待数据包,数据拷贝到用户空间
        • 阻塞IO:整个流程阻塞;如果有多个请求,需要开启多个线程来支持
        • 非阻塞IO:数据拷贝阻塞;等待数据时轮训检查,可支持多请求,但请求时效性难以确定
        • 多路复用IO:等待数据、数据拷贝阻塞;等待数据阻塞是因为采用复用器selector,selector会监听注册进来的所有IO,发起recvfrom请求后会阻塞,任意请求数据准备完成,则返回处理。可支持多请求,时效性好
        • 信号驱动IO:应用启动时与系统建立SIGIO信号调用,当内核有数据包准备好时,想应用发送信号,应用再发起recvfrom请求阻塞(等待数据拷贝)获取数据
        • 异步IO:用户发起aio_readhan函数调用,参数包含:FD描述符,缓冲区指针、缓冲区大小及FD偏移量,内核接收到数据后便将数据按照入参写入缓存,完成后通知应用
    • 2.1.4 同步、异步;阻塞、非阻塞解答(不懂?接着看2.3你就明白了)

      • 同步、异步区别:请求发起方对结果的获取是主动发起还是被动通知的
        • 同步:请求发起方对结果是主动获取,eg:同步等待结果、轮训查询结果
        • 异步:请求方获取结果是被动通知的,eg:请求发起后,该干嘛干嘛,有结果了被调用方会主动发起请求或消息通知调用方
      • 阻塞与非阻塞:是对线程状态的描述,通常指IO阻塞
        • 阻塞:发起请求后,请求线程是挂起状态,只能等待结果
        • 非阻塞:发起请求后,请求时运行状态,还可以做其他事情

    2.3 从BIO到NIO的演进

    • 2.3.1 阻塞与非阻塞
      • BIO的阻塞
        • 当一个线程调用read()或write()时,当前线程会被阻塞,知道有可用数据读取或数据读取完成
      • NIO的非阻塞
        • 当一个线程通过通道(Channel)发送读取数据请求时,如果没有数据准备好,直接返回,不会阻塞当前线程,在数据接收完成,变成可读取之前,当前线程可以做其他事。非阻塞也是这样
    • 2.3.2 Selector(选择器)在NIO中的作用
      • Selector允许一个单独的线程来监听多个输入通道(Channel),即多个Channel可以注册到一个Selector上,然后selector使用一个线程来“选择”可用channle,可用channel即已经有可以处理的数据输入或已经准保好数据的通道
    • 2.3.3 AIO简介
      • 真正的AIO依赖于操作系统,这里大家需要掌握Epoll相关知识
      • 由于AIO需要操作系统按照aio_read的参数,将数据写入到内核缓存中后,再通知应用来获取数据,所以AIO体现在准保数据(接收数据)、数据拷贝都由操作系统来完成,完成后通知应用即可。

    第二篇 初始Netty


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  • Socket通信原理和实践

    万次阅读 多人点赞 2013-04-13 22:34:26
    我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那...

    我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那什么是socket?socket的类型有哪些?还有socket的基本函数,这些都是本文想介绍的。本文的主要内容如下:

    • 1、网络中进程之间如何通信?
    • 2、Socket是什么?
    • 3、socket的基本操作
      • 3.1、socket()函数
      • 3.2、bind()函数
      • 3.3、listen()、connect()函数
      • 3.4、accept()函数
      • 3.5、read()、write()函数等
      • 3.6、close()函数
    • 4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
    • 5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
    • 6、一个例子

    1、网络中进程之间如何通信?

    本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

    • 消息传递(管道、FIFO、消息队列)
    • 同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
    • 共享内存(匿名的和具名的)
    • 远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

    但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

    使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX  BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在,这就是我为什么说“一切皆socket”。

    2、什么是Socket?

    上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的,那什么是socket呢?socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),这些函数我们在后面进行介绍。

    socket一词的起源

    在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

    3、socket的基本操作

    既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。

    3.1、socket()函数

    int socket(int domain, int type, int protocol);

    socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。

    正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

    • domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INETAF_INET6AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
    • type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAMSOCK_DGRAMSOCK_RAWSOCK_PACKETSOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。
    • protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCPIPPTOTO_UDPIPPROTO_SCTPIPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。

    注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议

    当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()listen()时系统会自动随机分配一个端口。

    3.2、bind()函数

    正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INETAF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    函数的三个参数分别为:

    • sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
    • addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是: 
      struct sockaddr_in {
          sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
          in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
          struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
      };
      
      /* Internet address. */
      struct in_addr {
          uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
      };
      ipv6对应的是: 
      struct sockaddr_in6 { 
          sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
          in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
          uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
          struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
          uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
      };
      
      struct in6_addr { 
          unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
      };
      Unix域对应的是: 
      #define UNIX_PATH_MAX    108
      
      struct sockaddr_un { 
          sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
          char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
      };
    • addrlen:对应的是地址的长度。

    通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。

    网络字节序与主机字节序

    主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式:不同的CPU有不同的字节序类型,这些字节序是指整数在内存中保存的顺序,这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:

      a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。

      b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。

    网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。字节序,顾名思义字节的顺序,就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,一个字节的数据没有顺序的问题了。

    所以:在将一个地址绑定到socket的时候,请先将主机字节序转换成为网络字节序,而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

    3.3、listen()、connect()函数

    如果作为一个服务器,在调用socket()bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

    int listen(int sockfd, int backlog);
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

    connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

    3.4、accept()函数

    TCP服务器端依次调用socket()bind()listen()之后,就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后,就会调用accept()函数取接收请求,这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了,即类同于普通文件的读写I/O操作。

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

    accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字,第二个参数为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址,第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。

    注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

    3.5、read()、write()等函数

    万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

    • read()/write()
    • recv()/send()
    • readv()/writev()
    • recvmsg()/sendmsg()
    • recvfrom()/sendto()

    我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数,这两个函数是最通用的I/O函数,实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:

           #include <unistd.h>
    
           ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
           ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
           #include <sys/types.h>
           #include <sys/socket.h>
    
           ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
           ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    
           ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                          const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
           ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                            struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    
           ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
           ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
    

    read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

    write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1,并设置errno变量。 在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0,此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

    其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了,具体参见man文档或者baidu、Google,下面的例子中将使用到send/recv。

    3.6、close()函数

    在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

    #include <unistd.h>
    int close(int fd);

    close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭,然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用,也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

    注意:close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1,只有当引用计数为0的时候,才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

    4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

    我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

    • 客户端向服务器发送一个SYN J
    • 服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
    • 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

    只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:

    image

    图1、socket中发送的TCP三次握手

    从图中可以看出,当客户端调用connect时,触发了连接请求,向服务器发送了SYN J包,这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求,即收到SYN J包,调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ,ACK J+1,这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYN K ,ACK J+1之后,这时connect返回,并对SYN K进行确认;服务器收到ACK K+1时,accept返回,至此三次握手完毕,连接建立。

    总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

    5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

    上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:

    image

    图2、socket中发送的TCP四次握手

    图示过程如下:

    • 某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
    • 另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;
    • 一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;
    • 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

    这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

    6.下面给出实现的一个实例

    首先,先给出实现的截图

    服务器端代码如下:

     

    [cpp] view plaincopy
     
    1. #include "InitSock.h"   
    2. #include <stdio.h>   
    3. #include <iostream>  
    4. using namespace std;  
    5. CInitSock initSock;     // 初始化Winsock库   
    6.   
    7. int main()   
    8. {   
    9.     // 创建套节字   
    10.     SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
    11.     //用来指定套接字使用的地址格式,通常使用AF_INET  
    12.     //指定套接字的类型,若是SOCK_DGRAM,则用的是udp不可靠传输  
    13.     //配合type参数使用,指定使用的协议类型(当指定套接字类型后,可以设置为0,因为默认为UDP或TCP)  
    14.     if(sListen == INVALID_SOCKET)   
    15.     {   
    16.         printf("Failed socket() \n");   
    17.         return 0;   
    18.     }   
    19.        
    20.     // 填充sockaddr_in结构 ,是个结构体  
    21.     /* struct sockaddr_in { 
    22.      
    23.     short sin_family;  //地址族(指定地址格式) ,设为AF_INET 
    24.     u_short sin_port; //端口号 
    25.     struct in_addr sin_addr; //IP地址 
    26.     char sin_zero[8]; //空子节,设为空 
    27.     } */  
    28.   
    29.     sockaddr_in sin;   
    30.     sin.sin_family = AF_INET;   
    31.     sin.sin_port = htons(4567);  //1024 ~ 49151:普通用户注册的端口号  
    32.     sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;   
    33.        
    34.     // 绑定这个套节字到一个本地地址   
    35.     if(::bind(sListen, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)   
    36.     {   
    37.         printf("Failed bind() \n");   
    38.         return 0;   
    39.     }   
    40.        
    41.     // 进入监听模式   
    42.     //2指的是,监听队列中允许保持的尚未处理的最大连接数  
    43.   
    44.     if(::listen(sListen, 2) == SOCKET_ERROR)   
    45.     {   
    46.         printf("Failed listen() \n");   
    47.         return 0;   
    48.     }   
    49.        
    50.     // 循环接受客户的连接请求   
    51.     sockaddr_in remoteAddr;    
    52.     int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);   
    53.     SOCKET sClient = 0;   
    54.     char szText[] = " TCP Server Demo! \r\n";   
    55.     while(sClient==0)   
    56.     {   
    57.         // 接受一个新连接   
    58.         //((SOCKADDR*)&remoteAddr)一个指向sockaddr_in结构的指针,用于获取对方地址  
    59.         sClient = ::accept(sListen, (SOCKADDR*)&remoteAddr, &nAddrLen);   
    60.         if(sClient == INVALID_SOCKET)   
    61.         {   
    62.             printf("Failed accept()");   
    63.         }   
    64.            
    65.            
    66.         printf("接受到一个连接:%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));   
    67.         continue ;   
    68.     }   
    69.   
    70.     while(TRUE)   
    71.     {   
    72.         // 向客户端发送数据   
    73.         gets(szText) ;   
    74.         ::send(sClient, szText, strlen(szText), 0);   
    75.            
    76.         // 从客户端接收数据   
    77.         char buff[256] ;   
    78.         int nRecv = ::recv(sClient, buff, 256, 0);   
    79.         if(nRecv > 0)   
    80.         {   
    81.             buff[nRecv] = '\0';   
    82.             printf(" 接收到数据:%s\n", buff);   
    83.         }   
    84.        
    85.     }   
    86.   
    87.     // 关闭同客户端的连接   
    88.     ::closesocket(sClient);   
    89.            
    90.     // 关闭监听套节字   
    91.     ::closesocket(sListen);   
    92.   
    93.     return 0;   
    94. }   


    客户端代码:

     

     

    [cpp] view plaincopy
     
    1. #include "InitSock.h"   
    2. #include <stdio.h>   
    3. #include <iostream>   
    4. using namespace std;  
    5. CInitSock initSock;     // 初始化Winsock库   
    6.   
    7. int main()   
    8. {   
    9.     // 创建套节字   
    10.     SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);   
    11.     if(s == INVALID_SOCKET)   
    12.     {   
    13.         printf(" Failed socket() \n");   
    14.         return 0;   
    15.     }   
    16.        
    17.     // 也可以在这里调用bind函数绑定一个本地地址   
    18.     // 否则系统将会自动安排   
    19.        
    20.     // 填写远程地址信息   
    21.     sockaddr_in servAddr;    
    22.     servAddr.sin_family = AF_INET;   
    23.     servAddr.sin_port = htons(4567);   
    24.     // 注意,这里要填写服务器程序(TCPServer程序)所在机器的IP地址   
    25.     // 如果你的计算机没有联网,直接使用127.0.0.1即可   
    26.     servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");   
    27.        
    28.     if(::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)   
    29.     {   
    30.         printf(" Failed connect() \n");   
    31.         return 0;   
    32.     }   
    33.        
    34.     char buff[256];   
    35.     char szText[256] ;   
    36.        
    37.     while(TRUE)   
    38.     {   
    39.         //从服务器端接收数据   
    40.         int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);   
    41.         if(nRecv > 0)   
    42.         {   
    43.             buff[nRecv] = '\0';   
    44.             printf("接收到数据:%s\n", buff);   
    45.         }   
    46.   
    47.         // 向服务器端发送数据   
    48.   
    49.         gets(szText) ;   
    50.         szText[255] = '\0';   
    51.         ::send(s, szText, strlen(szText), 0) ;   
    52.            
    53.     }   
    54.        
    55.     // 关闭套节字   
    56.     ::closesocket(s);   
    57.     return 0;   
    58. }   


    封装的InitSock.h

     

     

    [cpp] view plaincopy
     
    1. #include <winsock2.h>   
    2. #include <stdlib.h>    
    3. #include <conio.h>    
    4. #include <stdio.h>    
    5.   
    6. #pragma comment(lib, "WS2_32")  // 链接到WS2_32.lib   
    7.   
    8. class CInitSock        
    9. {   
    10. public:   
    11.     CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)   
    12.     {   
    13.         // 初始化WS2_32.dll   
    14.         WSADATA wsaData;   
    15.         WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);   
    16.         if(::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)   
    17.         {   
    18.             exit(0);   
    19.         }   
    20.     }   
    21.     ~CInitSock()   
    22.     {      
    23.         ::WSACleanup();    
    24.     }   
    25. };   

     

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  • 通信原理教材

    2008-03-14 21:28:43
    通信原理通信原理通信原理通信原理
  • Socket通信原理

    万次阅读 多人点赞 2018-11-03 12:12:58
    在之前的认识TCP/IP协议中了解了OSI七层网络模型和TCP/IP四层模型,和TCP/IP中通信的三次握手、四次挥手,还用Socket写过聊天室的通信,但直到昨天才发现自己对Socket的通信原理的理解是模糊的,所以打算再梳理一下...

    在之前的认识TCP/IP协议中了解了OSI七层网络模型和TCP/IP四层模型,和TCP/IP中通信的三次握手、四次挥手,还用Socket写过聊天室的通信,但直到昨天才发现自己对Socket的通信原理的理解是模糊的,所以打算再梳理一下。

    OSI七层网络模型和TCP/IP四层模型

    先来看下OSI七层网络模型和TCP/IP四层模型有何区别,其实本质上他们是一样的,都是对一个网络通信过程的分层模型,只是分层时候侧重点有所不同。

    我们知道TCP/IP协议是互联网协议(簇)的统称,对网络通信制定了一系列相应的规则,是通信的基础,它提供点对点的链接机制,将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收,都加以标准化。而OSI模型是开放式系统互联通信参考模型。因为OSI是是先有模型后有进行实践,所以它是一个完整的宏观模型,包括了硬件层(物理层),当然也包含了很多协议(比如DNS解析协议等),而TCP/IP则相反,先有协议和应用再提出了模型,且是参照的OSI模型对其分层的。TCP/IP更加侧重的是互联网通信核心(也是就是围绕TCP/IP协议展开的一系列通信协议)的分层。

    二者最大的不同在于OSI是一个理论上的网络通信模型,而TCP/IP则是实际运行的网络协议。

     

    Socket是什么?

    说了那么多,开始进入正题吧。下面是TCP/IP的四层模型,但为什么我们没有看到Socekt呢?它应该把放在哪一层?

     

    socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层,socket本质是编程接口(API),它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用以实现进程在网络中通信。TCP/IP只是一个协议栈,必须要具体实现,同时还要提供对外的操作接口(API),这就是Socket接口。通过Socket,我们才能使用TCP/IP协议。

      JDK的java.net包下有两个类:Socket和ServerSocket,在Client和Server建立连接成功后,两端都会产生一个Socket实例,操作这个实例,完成所需的会话,而我们就通过这些API进行网络编程,不需要去关心底层的实现了。 Socket连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

     

    Socket的工作原理

     我们只是会用Socekt进行通信的编程了,但socket通信流程究竟是什么样的呢?废话不扯,还是直接上张图来理解吧。

    socket是"打开—读/写—关闭"模式的实现。

    先来看看客户端和服务器端的实现吧,来分析一下具体步骤!

    客户端:

    服务器端:

     

    1.服务器端先初始化Socket。( listenfd 从名称看就是为了要监听而创建的socket描述符)

    那bind 是干嘛?是为了声明说我要占用这个端口了, 你们都别用了。所以2.绑定端口(bind)

    接着 3.listen函数才是真正开始对端口监听了。  

    接下来是个死循环啊,啊啊也对,因为服务器端需要一直提供服务,只能坐以待命。那这个accept是干啥的呢?

    4.调用accept阻塞,等待客户端来连接我。

    为什么使用了listenfd , 然后返回了一个新的connfd ?  你还记得服务器要应付很多的客户端发起的连接, 所以它一定得把各个客户端区分开,怎么区分呢?  那只有用一个新的socket来表示, 可以看到后面接受/发送(写和读)消息的操作都是基于connfd 来做的。   至于之前的listenfd , 它只起到一个大门的作用了, 意思是说,欢迎敲门, 进门之后我将为你生成一个独一无二的socket描述符!(引子张大胖的Socekt,o((⊙﹏⊙))o.)

    这时有个客户端初始化一个Socket,然后5.该客户端连接服务器(connect),连接成功则建立连接。此时服务器的accept 相当于和客户端的connect 一起完成了TCP的三次握手 !

    连接建立以后6.客户端发送发送数据请求     7.服务器接收请求并处理,然后回应数据给客户端   8.客户端读取到的数据,最后关闭连接。 这样一次完整的交互就结束了。

     

    还有一个问题就是socket指的是 (IP, Port),   现在我已经有了一个listenfd 的socket, 端口是80  然后每次客户端发起连接还要创建新的connfd,  因为80端口已经被占用,难道服务器端会为每个连接都创建新的端口吗?

    其实新创建的connfd 并没有使用新的端口号,也是用的80, (在实现聊天室的时候,我们只是为每一个客户端的连接单独创建一个线程去处理,但并没有为每个连接都创建新的端口。然而这样处理是有漏洞的,昨晚就被问到了(′д` )…彡…彡,然后我想了下也是,如果客户端很多,那这样做服务器不得崩了才怪,那怎么解决了?我答了下用线程池吧...又扯了)

    因为可以这么理解,这个socket描述符指向一个数据结构, 例如 listenfd 指向的结构是这样的:

    而一旦accept 新的连接, 新的connfd 就会生成, 像下面的表格, 就生成了两个connfd ,  它们俩服务器端的ip和port都是相同的, 但是客户端的IP和Port是不同的, 自然就可以区分开来了。

    所以socket 得通过五元组(协议, 客户端IP, 客户端Port,  服务器端IP, 服务器端Port)来确定。

     

    ‘我们只是简单的使用Socket与ServerSocket就完事了,那是因为底层为我们做了这么多的工作封装好让我们站在巨人肩上编程的。

    昨日感受:仰望星空脚踏实地。站在巨人肩上可以看得更广更远&基础很重要  “会用与明白如何实现这是专业与非专业的区别”  。

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