基本概念

OSI模型

背景：
為了統(tǒng)一和兼容不同計算機(jī)廠商的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在1979年提出了OSI參考模型（Open System Interconnection，）
結(jié)構(gòu)

1. 物理層（Physical Layer）
   要傳遞信息就要利用一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜等，但具體的物理媒體并不在OSI的七層之內(nèi)，有人把物理媒體當(dāng)作第0層，物理層的任務(wù)就是為它的上一層提供一個物理連接，以及它們的機(jī)械、電氣、功能和過程特性。如規(guī)定使用電纜和接頭的類型，傳送信號的電壓等。在這一層，數(shù)據(jù)還沒有被組織，僅作為原始的位流或電氣電壓處理，單位是比特。\
2. 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）
   數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個相鄰結(jié)點(diǎn)間的線路上，無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。每一幀包括一定數(shù)量的數(shù)據(jù)個一些必要的控制信息。和物理層相似，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。在傳送數(shù)據(jù)時，如果接收點(diǎn)檢測到所傳數(shù)據(jù)中有差錯，就要通知發(fā)送方重發(fā)這一幀。
3. 網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）
   在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的兩個計算機(jī)之間可能會經(jīng)過很多個數(shù)據(jù)鏈路，也可能還要經(jīng)過很多通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是選擇合適的網(wǎng)間路由和交換結(jié)點(diǎn)，以確保數(shù)據(jù)及時傳送。網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)鏈路層提供的幀組成數(shù)據(jù)包，包中封裝有網(wǎng)絡(luò)層包頭，其中含有邏輯地址信息（源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)地址的網(wǎng)絡(luò)地址）
4. 傳輸層（TransporyLayer)
   傳輸層的任務(wù)是根據(jù)通信子網(wǎng)的特性來最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠和經(jīng)濟(jì)的方式，為兩個端系統(tǒng)（也就是源站和目的站）的會話層之間，提供建立、維護(hù)和取消傳輸連接的功能，并負(fù)責(zé)可靠地傳輸數(shù)據(jù)。在這一層，信息的傳送單位是報文。
5. 會話層（Session Layer）
   會話層也稱為會晤層或?qū)υ拰?#xff0c;在會話層及以上的高層次中數(shù)據(jù)傳送的單位不再另外命名，都統(tǒng)稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗(yàn)證和會話管理在內(nèi)的建立和維護(hù)應(yīng)用之間通信的機(jī)制。如服務(wù)器驗(yàn)證用戶登錄便是由會話層完成的
6. 表示層（Presentation Layer）
   表示層主要解決用戶信息的語法表示問題。它將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法，轉(zhuǎn)換為合適于OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮，加密和解密等工作都由表示層負(fù)責(zé)。
7. 應(yīng)用層（Application Layer）
   應(yīng)用層確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶需要以及提供網(wǎng)絡(luò)與用戶應(yīng)用軟件之間的接口服務(wù)。

TCP/ IP模型

OSI模型提出是為了解決不同廠商、不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間互相連接時遇到的不兼容性問題。但是由于該模型的設(shè)計過于復(fù)雜，阻礙了其在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。所以為了方便應(yīng)用，一款由技術(shù)人員自己開發(fā)的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transfer Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP）模型應(yīng)運(yùn)而生。TCP/IP協(xié)議是目前因特網(wǎng)范圍內(nèi)運(yùn)行的唯一一種協(xié)議。

OSI參考模型與TCP/IP模型

TCP/IP 包括兩個協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議（Transfer Control Protocol, TCP）和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Internet Protocol，IP），但實(shí)際上TCP/IP 是一系列協(xié)議的代名詞，它包括上百個各種功能的協(xié)議，如：地址解析協(xié)議（ARP）、Internet控制消息協(xié)議（ICMP）、文件傳輸協(xié)議等，而TCP協(xié)議和IP協(xié)議只是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€重要協(xié)議，所以也常稱為TCP/IP協(xié)議族。該協(xié)議族分為四個層次：鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、和應(yīng)用層。

TCP/IP工作原理

由上述OSI參考模型可知，在因特網(wǎng)上源主機(jī)的協(xié)議層與目的主機(jī)的同層提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)對話。TCP/IP協(xié)議族模型也是按照這一原則來工作的。它們之間的對話實(shí)際上是在源主機(jī)上從上到下傳遞然后穿越網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目的主機(jī)后再從下到上到達(dá)相應(yīng)層。

1. 在信源上，利用應(yīng)用層協(xié)議(HTTP)將需傳輸?shù)恼埱髷?shù)據(jù)流傳送給信源上的傳輸層(TCP)。
2. 信源上的傳輸層將應(yīng)用層的請求數(shù)據(jù)流截成若干分組，并加上TCP首部形成TCP段，送交信源上的網(wǎng)絡(luò)層(IP)。
3. 信源的網(wǎng)絡(luò)層給TCP段加上包括源、目的主機(jī)IP地址的IP首部，生成一個IP數(shù)據(jù)報，并將IP數(shù)據(jù)報送交信源的鏈路層。
4. 信源的鏈路層在其MAC幀的數(shù)據(jù)部分裝上IP數(shù)據(jù)報，再加上源、目的主機(jī)的MAC地址和MAC幀頭，并根據(jù)其目的MAC地址，將MAC幀發(fā)往信宿或中間路由器，例如路由器R。
5. 路由器是一個具有多個接口的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，可以把數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善骱?#xff0c;路由器將根據(jù)數(shù)據(jù)包中的目的地址進(jìn)行傳輸路徑的選擇，并根據(jù)所選擇的傳輸路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通常，路由器只處理鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)。在本實(shí)例中，路由器接收客戶機(jī)A發(fā)送過來的IP數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器B。
6. 當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫潘?#xff0c;鏈路層將MAC幀的幀頭去掉，并將IP數(shù)據(jù)送交信宿的網(wǎng)絡(luò)層。
7. 信宿的網(wǎng)絡(luò)層檢查IP數(shù)據(jù)報首部，假如首部在校驗(yàn)和與計算結(jié)果不一致，則丟棄該IP數(shù)據(jù)報；若校驗(yàn)和計算結(jié)果一致，則去掉IP首部，將TCP段送交信宿的傳輸層。
8. 信宿的傳輸層檢查順序號，判斷是否正確的TCP分組，然后檢查TCP首部數(shù)據(jù)。若正確，則向信源發(fā)確認(rèn)信息；若不正確或丟包，則向信源要求重發(fā)信息。
9. 信宿的傳輸層去掉TCP首部，將排好順序大額分組組成應(yīng)用數(shù)據(jù)流送給信宿上相應(yīng)程序。這樣信宿接收到的來自信源的字節(jié)流，就像是直接接收到來自信源的字節(jié)流一樣。
   

套接字

簡介

套接字就是對網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)的抽象。一個套接字就是網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)程通信的一端，提供了應(yīng)用層進(jìn)程利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換數(shù)據(jù)的機(jī)制。從所處的地位來講，套接字上聯(lián)應(yīng)用進(jìn)程，下聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，是應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信的接口，是應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行交互的接口

類型

TCP/IP的Socket提供了3種類型的套接字

1. 流式套接字（SOCK_STREAM）
   提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無差錯、無重復(fù)的發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限；數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流，無長度限制。文件傳輸協(xié)議（FTP）即使用流式套接字。
2. 數(shù)據(jù)報套接字(SOCK_DGRAM)
   提供無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式發(fā)送，不提供無差錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）使用數(shù)據(jù)報式套接字。
3. 原始套接字（sock_raw）
   該接口允許對較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問。常用于檢驗(yàn)新的協(xié)議實(shí)現(xiàn)或訪問現(xiàn)有服務(wù)中配置的新設(shè)備

工作原理

套接字可以像Stream流一樣被視為一個數(shù)據(jù)通道，這個通道架設(shè)在客戶端應(yīng)用程序和服務(wù)器端之間，數(shù)據(jù)的讀取（接收）和寫入（發(fā)送）均針對這個通道來進(jìn)行。因此要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，就至少需要一對套接字，其中一個運(yùn)行于客戶端，稱之為客戶端套接字（ClientSocket）,另一個運(yùn)行于服務(wù)器端，稱之為服務(wù)器端套接字（ServerSocket）。 當(dāng)創(chuàng)建了這兩個套接字對象之后，將這個套接字連接起來就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸了。

.NET中的Socket類

針對Socket編程，.NET框架的System.NET.Sockets命名空間為需要嚴(yán)密控制網(wǎng)絡(luò)訪問的開發(fā)人員提供了WinSock接口的托管實(shí)現(xiàn)。其中Socket類是WinSock32 API提供的套接字服務(wù)的托管代碼版本，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程提供了大量的方法。

//addressFamily用來指定網(wǎng)絡(luò)類型
//SocketType用來指定套接字類型(即連接方式)
//ProtocolType用來指定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
public Socket(AddressFamily addressFamily, SocketType socketType,ProtocolType protocolType)

addrressFamily，socketType和protocolType均為枚舉類型。三者并不能任意組合，有特定的組合。如常規(guī)的IP通信網(wǎng)絡(luò)，AddressFamily.InterNetWork,此時可用的SocketType和ProtocolType如下表所示

SocketType	ProtocolTyp	描述
Stream	Tcp	面向連接套接字
Dgram	Udp	無連接套接字
Raw	Icmp	網(wǎng)際消息控制協(xié)議套接字
Raw	Raw	基礎(chǔ)傳輸協(xié)議套接字

Socket類的常用方法

方法	描述
Bing(EndPoint address)	在服務(wù)器端，當(dāng)一個套接字被創(chuàng)建后，需要將它綁定到系統(tǒng)的一個特定地址?？梢允褂肂ind()方法來完成，其參數(shù)為一個IPEndPoint實(shí)例（包含IP地址和端口信息）
Listen(int con_num)	服務(wù)器端的套接字完成了與地址的綁定后，就使用該方法監(jiān)聽客戶發(fā)送的連接請求。con_num為整數(shù)值，該值表示服務(wù)器最大連接數(shù)目，超過這個數(shù)目的連接會被拒絕。con_num數(shù)值的設(shè)定會影響到服務(wù)器的運(yùn)行，因?yàn)槊總€連接的接收都要使用TCP緩沖區(qū)，如果設(shè)置過大，收發(fā)數(shù)據(jù)的緩存數(shù)據(jù)將減少。
Accept()	在服務(wù)器進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)時，如有從客戶端發(fā)來的連接請求，服務(wù)器將使用Accept()方法來接受連接請求。Accept()返回一個新的套接字，該套接字包含所建立的連接的信息并負(fù)責(zé)處理本連接的所有通信。而服務(wù)器剛開始創(chuàng)建的套接字仍然負(fù)責(zé)監(jiān)聽，并在需要時調(diào)用Accept()接受新的連接請求。
Send()	當(dāng)服務(wù)器接受了來自客戶端的連接請求后，服務(wù)器和客戶端雙方就可以利用Send()方法來發(fā)送數(shù)據(jù)。Send有四種重載方法，
Receive()	當(dāng)服務(wù)器接收了來自客戶端的連接請求后，服務(wù)器和客戶段端雙方就可以利用Receive()方法來接收數(shù)據(jù)。Receive()也有四種重載方法。
Connect(EndPoint remoteEP)	同服務(wù)端一樣，客戶端的套接字建立后也必須與一個地址綁定。在客戶端使用Connect()方法實(shí)現(xiàn)綁定，
Shutdown(SocketShutdown how)	當(dāng)客戶端和服務(wù)器的通信結(jié)束時，必須關(guān)閉相應(yīng)的套接字實(shí)例，可以使用Shutdown（）方法來禁止該套接子上的發(fā)送和接收，shutdown()方法有一個枚舉類型的參數(shù)，如SocketShutdown.Send表示禁用發(fā)送套接字，如SocketShutdown.Receive表示禁用接收套接字嗎，SocketShutdown.Both表示禁用發(fā)送和接收的套接字。
close()	禁止套接字上的發(fā)送和接收之后，使用Close()方法關(guān)閉套接字連接并釋放所有相關(guān)資源。這樣套接字會在系統(tǒng)內(nèi)部緩沖區(qū)處理完畢后關(guān)閉套接字并釋放資源。

Send()、Receive()重載方法

方法	說明
Send(byte[] data)	將數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的Socket
Send(byte[] date,SocketFlang sf)	使用指定的SocketFlags將數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的Socket
Send(byte[] data,int size,SocketFlags sf)	使用指定的SocketFlags將指定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)發(fā)送到已連接的Socket
Send(byte[] data,int offset, int size,SocketFlags sf)	使用指定的SocketFlags,將指定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)發(fā)送到已連接的Socket（從指定的偏移量開始）
Receive(byte[] data)	從綁定的套接字接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)
Receive(byte[] data,SocketFlags sf)	使用指定的SocketFlags,從綁定的套接字接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)
Receive(byte[] data,int size,SocketFlags sf)	使用指定的SocketFlags,從綁定的套接字接收指定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)