[學習]網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計-第一章

1、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計,1,主講：李榮lirong@jlu.edu.cn,2,課程簡介,使用教材《網(wǎng)絡(luò)編程實用教程》 人民郵電出版社 葉樹華 編著考核方式考試 80 分考勤 20 分,3,主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)編程基本概念和編程模式 UNIX套接字編程Sockets規(guī)范WinInet API和MFC WinInet類Win32的多進程多線程機制5種套接字I/O模型HTTP協(xié)議及編程電子郵件協(xié)議及編程,4,第1章 網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ),

2、5,1.1.1 網(wǎng)絡(luò)編程與進程通信1．進程與線程的基本概念 進程是處于運行過程中的程序?qū)嵗?，是操作系統(tǒng)調(diào)度和分配資源的基本單位。 一個進程實體由三部分構(gòu)成。程序代碼:規(guī)定進程所做的計算。數(shù)據(jù):計算的對象。進程控制塊:是操作系統(tǒng)為了控制進程建立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來管理進程的內(nèi)核對象，系統(tǒng)用來存放關(guān)于進程的統(tǒng)計信息。,,,1.1,網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)的基本概念,6,操作系統(tǒng)給進程分配內(nèi)存空間：靜態(tài)分配空間：用來裝入進程所有的可執(zhí)

3、行模塊或動態(tài)鏈接庫模塊的代碼及數(shù)據(jù)。動態(tài)分配空間：棧區(qū)空間和堆區(qū)空間。各種計算機應(yīng)用程序在運行時，都以進程的形式存在，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序也不例外。Windows系統(tǒng)不但支持多進程，還支持多線程。進程是分配資源的單位；線程是執(zhí)行和調(diào)度的單位。由線程負責執(zhí)行包含在進程的地址空間中的代碼.,1．進程與線程的基本概念,7,一個進程可以包含若干個線程，同時執(zhí)行進程地址空間中的代碼。當創(chuàng)建一個進程時，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建它的第一個線程，稱為主線程

4、。然后，該線程可以創(chuàng)建其他的線程，而這些線程又能創(chuàng)建更多的線程。每個線程擁有自己的一組CPU寄存器和堆棧。進程至少擁有一個線程，否則將被撤銷。Windows 2000能在有多個CPU的計算機上運行，每個CPU上運行不同的線程，達到多線程同時運行。,1．進程與線程的基本概念,8,,1．進程與線程的基本概念,圖1.1 單CPU分時地運行進程中的各個線程,9,,從計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的角度來看，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程處于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的最上層。

5、從功能上，可以將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序分為兩部分：一部分是專門負責網(wǎng)絡(luò)通信的模塊，它們與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧相連接，借助網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧提供的服務(wù)完成網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)信息的交換。另一部分是面向用戶或者作其他處理的模塊，它們接收用戶的命令，或者對借助網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)進行加工。這兩部分模塊相互配合，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的功能。,2．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的位置,10,,圖1.2 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的位置,2．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的位置,11

6、,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序這兩部分的關(guān)系：通信模塊，是網(wǎng)絡(luò)分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)；其他模塊，對網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)進行加工處理。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，共享的基礎(chǔ)就是必須能夠通過網(wǎng)絡(luò)輕松地傳遞各種信息。網(wǎng)絡(luò)編程首先要解決網(wǎng)間進程通信的問題，然后才能在通信的基礎(chǔ)上開發(fā)各種應(yīng)用功能。,2．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的位置,12,,3．實現(xiàn)網(wǎng)間進程通信必須解決的問題 網(wǎng)間進程通信是指網(wǎng)絡(luò)中不同主機中的應(yīng)用進程之間的相互通信問題，必須解

7、決以下問題：網(wǎng)間進程的標識問題(不能只用進程號標識)；如何與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧連接的問題（通過定義套接字網(wǎng)絡(luò)編程接口來解決）；多重協(xié)議的識別問題(不同協(xié)議工作方式不同)；不同通信服務(wù)的問題（要求不同，如文件傳輸要求可靠、無差錯、無亂序、無丟失，網(wǎng)絡(luò)聊天要求不高，可選TCP和UDP服務(wù)）。,13,1.1.2 因特網(wǎng)中網(wǎng)間進程的標識,1．傳輸層在網(wǎng)絡(luò)通信中的地位,TCP/IP協(xié)議棧的特點是“兩頭大、中間小”應(yīng)用層有多個應(yīng)用進程,使用不同

8、應(yīng)用層協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)接口層，有多種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，支持不同的物理網(wǎng)絡(luò)連接；網(wǎng)絡(luò)層有IP協(xié)議，傳輸層有TCP和UDP協(xié)議。按照OSI七層協(xié)議的描述，傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層在功能上的最大區(qū)別，是傳輸層提供進程通信的能力。TCP/IP協(xié)議提出了傳輸層協(xié)議端口（簡稱端口）的概念，成功地解決了通信進程的標識問題。,14,,1.1.2 因特網(wǎng)中網(wǎng)間進程的標識,1．傳輸層在網(wǎng)絡(luò)通信中的地位 傳輸層是計算機網(wǎng)絡(luò)中，通信主機內(nèi)部進行獨立操

9、作的第一層，是支持端到端的進程通信的關(guān)鍵的一層。,圖1.3 基于TCP/IP協(xié)議棧的進程間的通信,15,,2．端口的概念,端口是TCP/IP協(xié)議族中，應(yīng)用層進程與傳輸層協(xié)議實體間的通信接口在OSI七層協(xié)議描述中，將其稱為應(yīng)用層進程與傳輸層協(xié)議實體間的服務(wù)訪問點（SAP）。應(yīng)用層進程通過系統(tǒng)調(diào)用與某個傳輸層端口進行綁定，然后通過該端口接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。類似于文件描述符，每個端口都擁有一個叫作端口號（port number）的16

10、位整數(shù)型標識符?？梢杂枚丝跇俗R通信的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。,16,,2．端口的概念,圖1.4 UDP與TCP的報文格式,傳輸層TCP和UDP兩個協(xié)議是完全獨立的軟件模塊，因此各自的端口號也獨立。使用時必須說明是UDP端口還是TCP端口，兩種協(xié)議的端口間沒有任何聯(lián)系。TCP 和UDP都可以提供65536個端口。端口是操作系統(tǒng)可分配的一種資源。,17,從實現(xiàn)的角度講，端口是一種抽象的軟件機 制，包括一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和I/O緩沖區(qū)。進程通過

11、系統(tǒng)調(diào)用與某端口建立綁定關(guān)系后，傳輸層傳給該端口的數(shù)據(jù)都被相應(yīng)進程接收，相應(yīng)進程發(fā)給傳輸層的數(shù)據(jù)都通過該端口輸出。 在TCP/IP實現(xiàn)中端口操作類似于一般的I/O操作。進程獲取一個端口，相當于獲取本地唯一的I/O文件，可以用一般的讀寫原語訪問。,2．端口的概念,18,,3．端口號的分配機制網(wǎng)絡(luò)進程通信前必須獲知對方的進程地址。由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序大多采用C/S模式開發(fā)，通信總是由客戶機發(fā)起，因此事先只需讓客戶機知道服務(wù)器進程的端口

12、號即可。Internet中眾所周知的服務(wù)是有限的。TCP/IP協(xié)議采用了全局分配（靜態(tài)分配）和本地分配（動態(tài)分配）相結(jié)合的分配方法。對于TCP，或者UDP，將它們的全部65536個端口號分為保留端口號和自由端口號兩部分。,19,保留端口號：范圍是0-1023，又稱為眾所周知的端口或熟知端口（well-known port），只占少數(shù)，采用全局分配或集中控制的方式，由一個公認的中央機構(gòu)根據(jù)需要進行統(tǒng)一分配，靜態(tài)地分配給因特網(wǎng)上著名的

13、眾所周知的服務(wù)器進程，并將結(jié)果公布于眾。,3．端口號的分配機制,表1.1 一些典型的應(yīng)用層協(xié)議分配到的保留端口,20,,自由端口號:范圍是1024-65535，采用本地分配，又稱為動態(tài)分配的方法。 TCP或UDP端口的分配規(guī)則是：端口0：不使用，或者作為特殊的用途；端口1-255：保留給特定的服務(wù)，TCP和UDP均規(guī)定，小于256的端口號才能分配給網(wǎng)上著名的服務(wù)；端口256-1023：保留給其他的服務(wù)，如路由；端口1024-

14、4999：可以用作任意客戶機的端口；端口5000-65535：可以用作用戶的服務(wù)器端口。,3．端口號的分配機制,21,,3．端口號的分配機制,我們可以描述一下，在這樣的端口分配機制下，客戶機進程C與服務(wù)器進程S第一次通信的情景。,圖1.5 客戶機與服務(wù)器的第一次通信,22,為確保服務(wù)器進程為多個客戶機進程服務(wù)，服務(wù)器的保留端口是專門用來監(jiān)聽客戶端的連接請求的。當服務(wù)器從保留端口接收到一個客戶機的請求后，立即創(chuàng)建另外一個線程，并為這

15、個線程分配一個自由端口（在5000－65535選擇分配），然后繼續(xù)接收新的客戶機請求。,3．端口號的分配機制,23,4．進程的網(wǎng)絡(luò)地址的概念 在因特網(wǎng)中，用一個三元組可以在全局中唯一地標識一個應(yīng)用層進程： 應(yīng)用層進程地址=（傳輸層協(xié)議，主機的IP地址， 傳輸層的端口號）這樣一個三元組，叫做一個半相關(guān)（half-association），它標識了因特網(wǎng)中進程間通信的一個端點，也把它稱為進

16、程的網(wǎng)絡(luò)地址。,24,5．網(wǎng)絡(luò)中進程通信的標識 一個完整的網(wǎng)間通信需要一個五元組在全局中唯一地來標識：(傳輸層協(xié)議，本地機IP地址，本地機傳輸層端口， 遠地機IP地址，遠地機傳輸層端口)這個五元組稱為一個全相關(guān)（association），即兩個協(xié)議相同的半相關(guān)才能組合成一個合適的全相關(guān)，或完全指定一對網(wǎng)間通信的進程。,25,1.1.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特征,在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，各層之間是嚴格單向依賴的，各層次的分工和協(xié)作集中

17、體現(xiàn)在相鄰層之間的接口上。服務(wù)是描述相鄰層之間關(guān)系的抽象概念。下層是服務(wù)提供者、上層是服務(wù)使用者；服務(wù)的表現(xiàn)形式是原語操作，一般以系統(tǒng)調(diào)用或函數(shù)庫的形式提供。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序或高層協(xié)議提供的服務(wù)原語。N層要向N+1層提供比N-1層更完善的服務(wù)。,26,網(wǎng)絡(luò)層及以下各層稱為通信子網(wǎng)，提供點到點通信，沒有程序或進程的概念。傳輸層實現(xiàn)的是端到端的通信，引進了網(wǎng)間進程的概念，同時還要解決差錯控制、流量控制、報文排

18、序和連接管理等問題。不同的傳輸層協(xié)議以不同的方式向應(yīng)用層提供不同的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)者應(yīng)了解常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本特征，掌握特定協(xié)議在程序中的行為方式。,1.1.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特征,27,1.1.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特征,1．面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)協(xié)議可以提供面向連接的服務(wù)，或者提供無連接的服務(wù)。面向連接服務(wù)是電話系統(tǒng)服務(wù)模式的抽象，即每一次完整的數(shù)據(jù)傳輸都要經(jīng)過建立連接，使用連接，終止連接的過程。傳輸過程中數(shù)據(jù)分組不攜帶目的

19、地址；TCP提供面向連接的虛電路服務(wù)，建立連接時確定通信路徑，并經(jīng)過協(xié)商做好通信準備。連接需要很多開銷，如差錯控制和流量控制。,28,無連接服務(wù)，是郵政系統(tǒng)服務(wù)的抽象，每個分組都攜帶完整的目的地址，各分組在系統(tǒng)中獨立傳送。 不能保證分組按序到達，不能進行分組出錯的恢復與重傳，不能保證傳輸?shù)目煽啃?。通信前不需建立連接，不管接收端是否做好準備接收數(shù)據(jù)。UDP是無連接協(xié)議。,1．面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù),29,2．面向消息的協(xié)議

20、與基于流的協(xié)議（1）面向消息的協(xié)議 面向消息的協(xié)議以消息為單位在網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)，在發(fā)送端，消息一條一條地發(fā)送，在接收端，也只能一條一條地接收，每一條消息是獨立的，消息之間存在著邊界。,保護消息邊界：是指傳輸協(xié)議把數(shù)據(jù)當作一條獨立的消息在網(wǎng)上傳輸，接收端只能接收獨立的消息，即接收端一次只能接收發(fā)送端發(fā)出的一個數(shù)據(jù)包。,30,圖1.6 保護消息邊界的數(shù)據(jù)報傳輸服務(wù),UDP就是面向消息的，適合于交換結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。,（1）面向消息的協(xié)議,31

21、,（2）基于流的協(xié)議,基于流的協(xié)議不保護消息邊界，將數(shù)據(jù)當作字節(jié)流連續(xù)地傳輸，不管實際消息邊界是否存在。,發(fā)送端允許系統(tǒng)將原始消息分解成幾條小消息分別發(fā)送，或把幾條消息積累在一起形成大數(shù)據(jù)包發(fā)送，多次發(fā)送的數(shù)據(jù)統(tǒng)一編號。如果發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，接收端有可能在一次接收動作中接收兩個或更多的數(shù)據(jù)包。只要數(shù)據(jù)一到達，網(wǎng)絡(luò)堆棧就開始讀取并將其緩存，等待進程處理。,32,（2）基于流的協(xié)議,圖1.7 無消息邊界的流傳輸服務(wù),TCP是基于流的

22、協(xié)議。流傳輸，把數(shù)據(jù)當作一串數(shù)據(jù)流，不認為數(shù)據(jù)是一個一個的消息，編程時不要忽略這一點。,33,3．可靠性和次序性 可靠性：保證了發(fā)送端發(fā)出的每個字節(jié)都能到達既定的接收端，不出錯，不丟失，不重復，保證數(shù)據(jù)的完整性，稱為保證投遞。次序性：是指對數(shù)據(jù)到達接收端的順序進行處理。保護次序性的協(xié)議保證接收端收到數(shù)據(jù)的順序就是數(shù)據(jù)的發(fā)送順序，稱為按序遞交。,協(xié)議的可靠性和次序性與是否面向連接密切相關(guān)，面向連接的協(xié)議可保證可靠性和次序性。,34,

23、1.1.4 高效的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP,用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP），是一種盡力傳送的、無連接的、不保障可靠的傳輸服務(wù)，是一種保護消息邊界的數(shù)據(jù)傳輸?；赨DP的應(yīng)用程序在高可靠性、低延遲的網(wǎng)絡(luò)中運行良好；在網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)上只增加了端口號的支持；傳輸效率高，適用于交易型的應(yīng)用程序，如TFTP、SNMP、DNS等應(yīng)用進程。,35,1.1.5 可靠的傳輸控制協(xié)議TCP,1．可靠性是很多應(yīng)

24、用的基礎(chǔ) 2．TCP為應(yīng)用層提供的服務(wù) 傳輸控制協(xié)議TCP (Transmission Control Protocol，TCP)為應(yīng)用層進程提供一個面向連接的、端到端的、完全可靠的（無差錯、無丟失、無重復或失序）全雙工的流傳輸服務(wù)。,IP為TCP提供的是無連接的、盡力傳送的、不可靠的傳輸服務(wù)，TCP為了向應(yīng)用層進程提供可靠的傳輸服務(wù)，采取了一系列保障機制。TCP提供流傳輸服務(wù)，對傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一無所知，只負責將字節(jié)流原

25、封不動的傳送到對方的應(yīng)用進程。,36,3．TCP利用IP數(shù)據(jù)報實現(xiàn)了端對端的傳輸服務(wù)TCP被稱作一種端對端（end to end）協(xié)議，因為它提供一個直接從一臺計算機上的應(yīng)用進程到另一遠程計算機上的應(yīng)用進程的連接。應(yīng)用進程能請求TCP構(gòu)造一個連接，通過這個連 接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，以及關(guān)閉連接。由TCP提供的連接叫做虛連接，虛連接是由軟件實現(xiàn)的。事實上，底層的因特網(wǎng)系統(tǒng)并不對連接提供硬件或軟件支持，只是兩臺機器上的TCP軟件模塊通過交

26、換消息來實現(xiàn)連接的虛擬。,37,圖1.8 TCP是一個端到端的傳輸協(xié)議,3．TCP利用IP數(shù)據(jù)報實現(xiàn)了端對端的傳輸服務(wù),從TCP角度來看，整個Internet是一個通信系統(tǒng)，能夠接收和傳遞消息，而不會改變和干預消息的內(nèi)容。,38,4．三次握手為確保連接的建立和終止都是可靠的，TCP使用三次握手（3-way handshake）的方式來建立連接.,圖1.9 TCP的三次握手過程,39,已證明：三次握手是在包丟失、重復和延遲的情況下確

27、保非模糊協(xié)定的充要條件。如圖所示，前兩個被稱為SYN段。TCP會重發(fā)丟失的SYN段。三次握手確保TCP不會打開或關(guān)閉一個連接，直到兩端達成一致。創(chuàng)建一個連接的三次握手中，要求每一端產(chǎn)生一個隨機32位序列號。 在計算機重啟后，嘗試建立一個新的TCP連接時，要選擇一個新的隨機數(shù)，可保證不受老連接的重復或延遲包的影響。,4．三次握手,40,1.2.1 基于TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)編程,最基本的網(wǎng)絡(luò)編程方式，主要是使用各種編程語言，

28、利用操作系統(tǒng)提供的套接字網(wǎng)絡(luò)編程接口，直接開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。本門課程主要講解這種網(wǎng)絡(luò)編程的相關(guān)技術(shù)。直接利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧提供的服務(wù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，層次比較低，編程者自由度比較大，在利用套接字實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)進程通信以后，可以編寫各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。需掌握套接字網(wǎng)絡(luò)編程接口及應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,41,1.2.2 基于WWW應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)編程,WWW稱為萬維網(wǎng)或Web，是因特網(wǎng)上最廣泛的應(yīng)用。 基于WWW應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，包括：所見即所得的

29、靜態(tài)網(wǎng)頁制作；HTML、JavaScript等。動態(tài)服務(wù)器頁面的制作。 ASP、PHP、JSP、J2EE、Hibernate、Spring、Struts等技術(shù)。,42,1.2.3 基于.NET框架的Web Services網(wǎng)絡(luò)編程1．關(guān)于.NET平臺微軟公司在2000年7月公布的.NET平臺是一個全新的開發(fā)框架，集成了微軟二十世紀九十年代后期的許多技術(shù)，如COM+組件技術(shù)、ASP Web開發(fā)框架、XML和OOP面向?qū)ο笤O(shè)計等

30、。.NET支持新的Web服務(wù)協(xié)議，如簡單對象訪問協(xié)議（SOAP），Web服務(wù)描述語言（WSDL），統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成規(guī)范（UDDI），以及以Internet為中心的理念。,43,(1) .NET平臺有四組產(chǎn)品 ① 開發(fā)工具：一組語言（C#和VB.NET）、一組開發(fā)工具（Visual Studio.NET）、一個綜合類庫（用于創(chuàng)建Web服務(wù)、Web應(yīng)用程序和Windows應(yīng)用程序）、一個用于執(zhí)行對象的公共語言運行環(huán)境（CLR）。②

31、 專用服務(wù)器:.NET企業(yè)級服務(wù)器，提供關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲。③ Web 服務(wù)④ 設(shè)備：.NET驅(qū)動的數(shù)字化智能設(shè)備。,1．關(guān)于.NET平臺,44,(2) MS的.NET使軟件成為一種服務(wù)，除了以Web為中心外，還順應(yīng)了軟件工業(yè)的趨勢，包括以下幾個方面： ① 分布式計算 ② 組件化 ③ 企業(yè)級別的服務(wù) ④ WEB 范型轉(zhuǎn)移,1．關(guān)于.NET平臺,這些都有助于互操作性、可伸縮性

32、、易得性、可管理性指標的實現(xiàn)。,45,(3) .NET平臺由三層軟件構(gòu)成 ① 頂層是全新的開發(fā)工具VS.NET：用于開發(fā)Web服務(wù)和其他應(yīng)用程序，支持4種語言和跨語言調(diào)試的集成開發(fā)環(huán)境。 ② 中間層包括三部分.NET服務(wù)器.NET服務(wù)構(gòu)件.NET框架 ③ 底層是WINDOWS操作系統(tǒng),46,(4) .NET框架的設(shè)計要支持的目標① 簡化組件的使用； ② 實現(xiàn)語言的集成； ③ 支持Internet的互操作；

33、④ 簡化軟件的開發(fā)； ⑤ 簡化組件的部署；⑥ 提高可靠性；⑦ 提高安全性。,1．關(guān)于.NET平臺,47,2．關(guān)于Web服務(wù) 什么是Web服務(wù)？Web服務(wù)是松散耦合的可復用的軟件模塊，在Internet上發(fā)布后，能通過標準的Internet 協(xié)議在程序中訪問，具有以下的特點：（1）可復用；（2）松散耦合； （3）封裝；（4）Web服務(wù)可以在程序中訪問；（5）Web服務(wù)在Internet上發(fā)布。,48,W

34、eb服務(wù)用發(fā)現(xiàn)機制來定位服務(wù),實現(xiàn)松散耦合。Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)，是定位或發(fā)現(xiàn)特定的Web服務(wù)文檔的過程，文檔用Web服務(wù)描述語言（WSDL）來描述。Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)通過.disco文件實現(xiàn)，當一個Web服務(wù)出現(xiàn)后，為之發(fā)布一個.disco文件，是一個XML文檔，其中包括指向描述Web服務(wù)的其他信息資源的鏈接。程序可以動態(tài)的使用這些鏈接獲取說明文檔，最終得知Web服務(wù)的詳細信息。,2．關(guān)于Web服務(wù),49,Web服務(wù)的基本結(jié)構(gòu)：Web服

35、務(wù)目錄：發(fā)布Web服務(wù)提供者能夠提供的Web服務(wù)，供客戶查找；Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)：統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成規(guī)范UDDI定義了一種發(fā)布和發(fā)現(xiàn)Web服務(wù)相關(guān)信息的標準方法；Web服務(wù)描述：Web服務(wù)的基本結(jié)構(gòu)建立在通過基于XML的消息進行通信的基礎(chǔ)上，而消息必須遵守Web服務(wù)描述的約定，是一個用WSDL表示的XML文檔，定義Web服務(wù)可以理解的消息格式。,2．關(guān)于Web服務(wù),50,Web服務(wù)建立在3個角色的交互上，交互的內(nèi)容包括3個操作。3個

36、角色：服務(wù)的提供者、注冊處和請求者； 3個操作：發(fā)布、查找和綁定。 這些角色和操作都圍繞Web服務(wù)本身和服務(wù)說明兩個產(chǎn)品展開。,2．關(guān)于Web服務(wù),51,Web服務(wù)的運行機理：服務(wù)提供者有一個可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問的軟件模塊，即Web服務(wù)的實現(xiàn)，并為此Web服務(wù)定義了服務(wù)描述，并把它發(fā)布給服務(wù)的請求者或服務(wù)的注冊處；服務(wù)請求者用查找操作從本地或注冊處得到服務(wù)描述，并使用描述中的信息與服務(wù)提供者實現(xiàn)綁定，然后與Web服務(wù)交互，調(diào)用其中的

37、操作。服務(wù)提供者和服務(wù)請求者是Web服務(wù)的邏輯基礎(chǔ)，一個Web服務(wù)既可以是提供者也可以是請求者。,2．關(guān)于Web服務(wù),52,服務(wù)提供者從商業(yè)的角度來說是服務(wù)的擁有者，從Web服務(wù)的架構(gòu)來說是擁有服務(wù)的平臺；服務(wù)請求者是需要某種功能的商業(yè)機構(gòu)，從商業(yè)的角度來說是查找調(diào)用服務(wù)的應(yīng)用程序，包括人使用的瀏覽器，或無用戶界面的應(yīng)用程序。服務(wù)注冊處從Web服務(wù)的架構(gòu)來說是供服務(wù)提供者發(fā)布服務(wù)描述的地方，供請求者找到服務(wù)以及與服務(wù)綁定的信

38、息，包括開發(fā)時的靜態(tài)綁定和運行時的動態(tài)綁定。,2．關(guān)于Web服務(wù),53,Web服務(wù)開發(fā)的生命周期，包括4個階段：創(chuàng)建：開發(fā)測試Web服務(wù)的實現(xiàn)，包括服務(wù)接口描述的定義和服務(wù)實現(xiàn)描述的定義；安裝：把服務(wù)接口和服務(wù)實現(xiàn)的定義發(fā)布到服務(wù)請求者或服務(wù)注冊處，把服務(wù)的可執(zhí)行程序放到Web服務(wù)器的可執(zhí)行環(huán)境中；運行：Web服務(wù)等待調(diào)用請求，被不同的請求者通過網(wǎng)絡(luò)訪問或調(diào)用，服務(wù)請求者此時可以查找或綁定操作。管理：對Web服務(wù)應(yīng)用程序進行監(jiān)督

39、、檢查和控制，包括安全性、性能和服務(wù)質(zhì)量管理等。,2．關(guān)于Web服務(wù),54,本節(jié)著重于因特網(wǎng)上的高級服務(wù)，以及提供這些服務(wù)的應(yīng)用軟件。討論網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的客戶機／服務(wù)器交互模式，并說明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議操作的方式為什么需要這種模式。這是構(gòu)筑所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。,55,因特網(wǎng)僅僅提供一個通用的通信構(gòu)架，它只負責傳送信息，而對于信息傳過去干什么用，利用因特網(wǎng)究竟提供什么服務(wù)，由哪些計算機來運行這些服務(wù)，如何確定服務(wù)的存在，如何使用這些服務(wù)等等問題，

40、都要由應(yīng)用軟件和用戶解決。計算機能夠利用因特網(wǎng)提供什么服務(wù)？何時啟動這些服務(wù)？都需要高層應(yīng)用軟件及用戶解決。,1.3.1 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的地位和功能,56,1.3.2 客戶機／服務(wù)器模式,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程通信時，普遍采用客戶機／服務(wù)器交互模式（client-server paradigm of interaction），簡稱C/S模式.這是因特網(wǎng)上應(yīng)用程序最常用的通信模式。C/S模式的建立基于以下兩點：客戶機與服務(wù)器之間的關(guān)系是非

41、對等的，服務(wù)器提供資源，客戶機請求共享這些資源；網(wǎng)間進程通信是完全異步的，互相通信的進程間既不存在父子關(guān)系，又沒有共享內(nèi)存緩沖區(qū)，需要一種機制為二者間的數(shù)據(jù)交換提供同步.,57,1、服務(wù)器的工作過程C/S模式過程中服務(wù)器處于被動服務(wù)的地位。服務(wù)器要先啟動，并根據(jù)客戶機請求提供相應(yīng)服務(wù)：打開一通信通道，并告知服務(wù)器所在的主機，并愿意在某一公認的地址上（熟知知端口，如FTP為21）接收客戶機請求。等待客戶機的請求到達該端口。服務(wù)

42、器接收到服務(wù)請求，處理該請求并發(fā)送應(yīng)答信號。為了能并發(fā)地接收多個客戶機的服務(wù)請求，要激活一個新進程或新線程來處理這個客戶機請求(如UNIX系統(tǒng)中用fork、exec)。服務(wù)完成后，關(guān)閉此新進程與客戶機的通信鏈路并終止.返回第二步，等待并處理另一客戶請求。在特定的情況下，關(guān)閉服務(wù)器。,58,2、客戶端的工作過程客戶方采取的是主動請求方式：打開一通信通道，并連接到服務(wù)器所在主機的特定監(jiān)聽端口。向服務(wù)器發(fā)送請求報文，等待并接收應(yīng)答；

43、繼續(xù)提出請求，與服務(wù)器的會話按照應(yīng)用協(xié)議進行。請求結(jié)束后，關(guān)閉通信通道并終止。,59,1.3.2 客戶機／服務(wù)器模式,表1.2 一些常見的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,60,1.3.3 客戶機與服務(wù)器的特性,客戶端軟件的特點服務(wù)器端軟件的特點基于因特網(wǎng)的C/S模式的應(yīng)用程序的特點,61,1.3.3 客戶機與服務(wù)器的特性,1．客戶端軟件特點在進行網(wǎng)絡(luò)通信時臨時成為客戶機，但它也可在本地進行其他的計算。被用戶調(diào)用，只為一個會話運行。在打算通

44、信時主動向遠地服務(wù)器發(fā)起通信。能訪問所需的多種服務(wù)，但在某一時刻只能與一個遠程服務(wù)器進行主動通信。主動地啟動與服務(wù)器的通信。在用戶的計算機上運行，不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。,62,2．服務(wù)器軟件的特點是一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠地客戶機的請求。當系統(tǒng)啟動時即自動調(diào)用，并且連續(xù)運行著，不斷地為多個會話服務(wù)。接受來自任何客戶機的通信請求，但只提供一種服務(wù)。被動地等待并接受來自多個遠端客戶機的通信

45、請求。在共享計算機上運行，一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。,1.3.3 客戶機與服務(wù)器的特性,63,3．基于因特網(wǎng)的C/S模式的應(yīng)用程序的特點客戶機和服務(wù)器都是軟件進程，C/S模式是網(wǎng)絡(luò)上通過進程通信建立分布式應(yīng)用的常用模型。非對稱性：服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，客戶機通過網(wǎng)絡(luò)使用服務(wù)，這種不對稱性體現(xiàn)在軟件結(jié)構(gòu)和工作過程上。對等性：客戶機和服務(wù)器必有一套共識的約定，必與以某種應(yīng)用層協(xié)議相聯(lián)，并且協(xié)議必須在通信的兩端實現(xiàn)。

46、比如瀏覽器和3W服務(wù)器就都基于HTTP超文本傳輸協(xié)議。,1.3.3 客戶機與服務(wù)器的特性,64,服務(wù)器的被動性：服務(wù)器必須先行啟動，時刻監(jiān)聽，日夜值守，及時服務(wù)，只要有客戶機請求，就立即處理并響應(yīng)，回傳信息。但決不主動提供服務(wù)?？蛻魴C的主動性：客戶機可以隨時提出請求，通過網(wǎng)絡(luò)得到服務(wù)，也可以關(guān)機走人，一次請求與服務(wù)的過程是由客戶機首先激發(fā)的。一對多：一個服務(wù)器可以為多個客戶機服務(wù)，客戶機也可以打開多個窗口，連接多個服務(wù)器。分布性

47、與共享性：資源在服務(wù)器端組織與存儲，通過網(wǎng)絡(luò)分散在多個客戶機使用。,1.3.3 客戶機與服務(wù)器的特性,3．基于因特網(wǎng)的C/S模式的應(yīng)用程序的特點,65,1.3.4 容易混淆的術(shù)語,1．服務(wù)器程序與服務(wù)器類計算機服務(wù)器（server）這個術(shù)語來指那些運行著的服務(wù)程序。服務(wù)器類計算機（server-class computer）這一術(shù)語來稱呼那些運行服務(wù)器軟件的強大的計算機。,66,圖1.10 用戶、客戶機、服務(wù)器、服務(wù)器類計算機

48、,2．客戶機與用戶“客戶機”(client)和服務(wù)器都指的是應(yīng)用進程，即計算機軟件?！坝脩簟?user)指的是使用計算機的人。,1.3.4 容易混淆的術(shù)語,67,1.3.5 客戶機與服務(wù)器的通信過程,客戶機與服務(wù)器的通信過程一般是這樣的：通信之前，服務(wù)器應(yīng)先行啟動，并通知它的下層協(xié)議棧做好接收客戶機請求的準備，然后被動地等待客戶機的通信請求，稱服務(wù)器處于監(jiān)聽狀態(tài)。一般是先由客戶機向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器向客戶機返回應(yīng)答。客戶

49、機隨時可以主動啟動通信，向服務(wù)器發(fā)出連接請求，服務(wù)器接收這個請求，建立了二者的通信關(guān)系?？蛻魴C與服務(wù)器的通信關(guān)系一旦建立，客戶機和服務(wù)器都可發(fā)送和接收信息。信息在客戶機與服務(wù)器之間可以沿任一方向或兩個方向傳遞。在某些情況下，客戶機向服務(wù)器發(fā)送一系列請求，服務(wù)器相應(yīng)地返回一系列應(yīng)答。,68,1.3.6 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與C/S模式的關(guān)系,客戶機與服務(wù)器作為兩個軟件實體，它們之間的通信是虛擬的，是概念上的，實際的通信要借助下層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧來進行

50、。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程與應(yīng)用層協(xié)議間的關(guān)系：為了解決具體應(yīng)用問題而彼此通信的進程，稱為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程；應(yīng)用層協(xié)議并不解決任何具體問題，而是規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程通信時必須遵守的約定。應(yīng)用層協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程之下，并為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進程服務(wù)，幫助應(yīng)用進程組織數(shù)據(jù)。,69,1.3.7 錯綜復雜的C/S交互,在C/S模式中，存在著三種一個與多個的關(guān)系： 一個服務(wù)器同時為多個客戶機服務(wù)；一個用戶的計算機上同時運行多個連接不同服務(wù)器的客戶機；一個服務(wù)

51、器類的計算機同時運行多個服務(wù)器。,70,圖1.11 一臺計算機中的多個服務(wù)器被多個計算機的客戶機訪問,1.3.7 錯綜復雜的C/S交互,71,1.3.8 服務(wù)器如何同時為多個客戶機服務(wù),并發(fā)性是客戶機／服務(wù)器交互模式的基礎(chǔ)，并發(fā)允許多個客戶機獲得同一種服務(wù)，而不必等待服務(wù)器完成對上一個請求的處理。這樣才能很好地同時為多個客戶機提供服務(wù)。,72,1.3.8 服務(wù)器如何同時為多個客戶機服務(wù),圖1.12 服務(wù)器創(chuàng)建多個線程來為多個客

52、戶機服務(wù),73,1.3.9 標識一個特定服務(wù),在一臺服務(wù)器類的計算機中可以并發(fā)地運行多個服務(wù)器進程。它們都要借助協(xié)議棧來交換信息，協(xié)議棧就是多個服務(wù)器進程傳輸數(shù)據(jù)的公用通道， 這有了一個問題，既然在一個服務(wù)器類計算機中運行著多個服務(wù)器，如何能讓客戶機無二義性地指明所希望的服務(wù)？,74,圖1.13 沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族,1.3.9 標識一個特定服務(wù),75,這個問題由傳輸協(xié)議棧提供的一套機制來解決。這種機

53、制必須賦給每個服務(wù)一個唯一的標識，并要求服務(wù)器和客戶機都使用這個標識。當服務(wù)器開始執(zhí)行時，它在本地的協(xié)議棧軟件中登記，指明它所提供的服務(wù)的標識。當客戶機與遠程服務(wù)器通信時，客戶機在提出請求時，通過這個標識來指定所希望的服務(wù)?？蛻魴C端機器的傳輸協(xié)議棧軟件將該標識傳給服務(wù)器端機器。服務(wù)器端機器的傳輸協(xié)議棧則根據(jù)該標識來決定由哪個服務(wù)器程序來處理這個請求。。,1.3.9 標識一個特定服務(wù),76,隨著應(yīng)用規(guī)模的不斷擴大，軟件復雜度不斷

54、提高，面對巨大的用戶群，單服務(wù)器成了性能的瓶頸 ,為了解決這些問題，就出現(xiàn)了P2P技術(shù)。,1.4.1 P2P的定義和特征,P2P技術(shù)就是一種在計算機之間直接進行資源和服務(wù)的共享，不需要服務(wù)器介入的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在P2P網(wǎng)絡(luò)中，每臺計算機同時充當著Server和Client的角色，當需要其他電腦的文件和服務(wù)時，兩臺電腦直接建立連接，本機是Client；而當響應(yīng)其他電腦的資源要求時，本機又成為提供資源與服務(wù)的Server。,77,P2P系統(tǒng)具

55、有以下特征：,（1）分散性。 （2）規(guī)模性。 （3）擴展性。 （4）Servent性。 （5）自治性。（6）互助性。（7）自組織性。,1.4.1 P2P的定義和特征,78,1.4.2 P2P的發(fā)展,P2P的發(fā)展分為三代:第一代以Napster系統(tǒng)為代表 .第二代P2P使用基于分布式哈希表（Distributer Hash Table，DHT）的協(xié)議.第三代P2P采用混合型的覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不需要專門的服務(wù)器.,79,