機房監控系統的設計與實現—計算機畢業設計-文庫吧

【正文】 據包，每一個數據包用一序號和 接收 地址來標記。此外 TCP 還插入一些糾錯信息。接著數據包被傳過網絡，即把它們傳送給遠程的主機這就是 IP 的工作。在另一端 TCP 接收 數據并檢查錯誤。如果有錯誤發生，TCP 就可以要求重發信息。換句話說， IP的工作是把原始數據 (數據包 )從一端 傳送到另一端 。TCP 的工作就是管理這種流動并確保其數據是正確的。 把數據分解成數據包有很多的好處。首先，它允許 Inter 讓很多不同的用戶在同一時間用同一通訊線路。因為這些數據包不必一起輸送，所以通訊線路可以載著所有類型的數據包按它們自己的路徑從一地到另一地。就如同一條高速公路上，各類汽車（即使它們開向不同的地方）都在公共道路上行駛。當數據包傳輸時，它們沿規定的路由從主機到主機，一直到它們到達最終目的地。這意味著 Inter 很 第 3 頁 共 30 頁 具靈活性。如果一個特定的連接中斷了，控制數據流動的計算機通常可以找到另一條路 由。事實上，在單一數據傳輸中，多個數據包完全可能沿不同的路由傳輸。當條件改變時，網絡可獲得當時最好的連接。如當網絡的某一部分過載，數據包可以改變路線去走那些比較空閑的線路。用數據包傳輸的另一個好處是，當某處出錯，只須重新傳送單個數據包，而不是整個信息。這樣會大大加快 Inter的傳輸總速度。這種靈活性產生很高的可靠性。 Inter 運行非常好，雖然所有數據包都必須通過很多計算機，但它可以用幾秒鐘就把一個文件從一主機傳輸到另一主機，盡管它們相距很遠。 IP 協議 網際網絡協議 (IP)用于數據報 交換網絡互連系統種，是 TCP/IP 協議堆棧所采用的傳輸協議。 IP協議的基本數據形態是數據元（ datagram），一般都成為數據報，此協議提供了從來源主機到目的主機之間數據報的傳輸機制。 IP 數據報中攜帶這來源地址和目的地址，利用這些地址數據，可將數據報傳輸到目的主機。IP 協議具有數據報分割以及重組機制，需要的時候可以將數據報作適當的分割以及重組，以便能夠在網絡中傳輸。 IP 協議是網絡層協議，它是一種不可靠的，無連接導向的協議，無論是端對端或者路由器對路由器，都不提供可靠的傳輸，也不會提供確認信息，除了報頭校驗 和外， IP 協議本身沒有數據的錯誤控制機制，一旦數據發生錯誤或者未能完整的接收，都不能重傳。甚至即使是只有一個字節發生錯誤或者沒有收到，也必須將整個數據報都丟棄。雖然， IP 協議提供了數據報的傳輸機制，但是并沒有提供傳輸的可靠性、流量控制、順序性服務機制，它所提供的只是最佳化的傳輸服務。 TCP/IP 模型 習慣上，人們把 Inter 的通訊協議籠統地稱為 TCP/IP 協議，也有人把Inter 稱為 TCP/IP 網或 TCP/IP Inter 網。在這種意義下， Inter 的TCP/IP 協議可 以說就是基于四種模型的協議 :即應用層、傳輸層、網絡層和網絡訪問層。其中網絡訪問層又分為網絡接口層 (鏈路層 )和最基礎的物理層。所以也可以說 Inter 的網絡協議是基于五層模型的協議。 根據 TCP/IP 協議，互聯網分為 4層，加上最底層的硬件層一共是 5層 第 4 頁 共 30 頁 應用層（第五層） 傳輸層（第四層） 網絡層（第三層） 鏈路層（第二層） 物理層（第一層） 圖 21 TCP/IP協議分層 1） 物理層： 物理層的任務是把幀中的各位從一個節點移往下一個節點。這一層的協議也取決于鏈路，而進一步取決于鏈路真正的傳 輸介質。 物理層提供了一個基本機制：對二進制數據（比特）進行編碼（發送到物理介質）和解碼（從物理介質接收），例如 10Mbit/s（ bit/s 指比特每秒）以太網的曼徹斯特編碼、光纖分布式數據接口（ Fiber Distributed data Interface，簡稱 FDDI）的 4B/5B 編碼；物理層也負責通知第二層（鏈路層）何時訪問介質。物理層以比特流的方式傳送來自鏈路層的數據，而不理會數據的含義或格式；同樣，它 接收 數據以后，不加分析直接傳給鏈路層。 物理層也定義與介質的物理連接機制，但不是介質本身，按照參考 模型的原理，實際的物理介質在物理層之下。 2） 鏈路層： 鏈路層的任務是把完整的幀從一個網絡組建移往某個緊鄰的組件，負責管理數據格式。 它定義了將數據組成正確幀的規程和在網絡中傳輸幀的規程，幀是指一串數據，它是數據在網絡中傳輸的單位。 網絡層在源端和目的端之間經由一系列分組交換機（路由器）路由分組。為了將一個分組從一個節點（主機或分組交換機）移往其路徑上的下一個節點，網絡層必須依賴由鏈路層提供的服務。鏈路層提供了對鏈路的管理，鏈路層提供的服務取決于應用在鏈路上的特定鏈路層協議。分組從源端到目的端一般需要經過多個鏈 路，每個分組沿其路徑到達不同鏈路是，可能有不同的鏈路層協議來處理。既是說， IP 從不同的鏈路層協議獲取的服務會不一樣。 鏈路層負責監督相鄰網絡節點的信息流動，它使用檢錯或糾錯技術來確保正確的傳輸：當鏈路檢測到錯誤時，它請求重發，或是根據情況糾正。此外，鏈路層還要解決流量控制的問題。 3） 網絡 層： 網絡 層 提供越過多個網絡的選路功能，為端點提供無連接的數據報訪問，并定義端到端通過整個互聯網網絡的尋址功能。網絡層負責尋址、打包以及從一臺計算機通過一個或多個路由器到最終目標的包轉發機制。網絡層的核心協議有： 第 5 頁 共 30 頁 IP、 ARP/RARP、 ICMP 和 IGMP。 IP 協議（ Inter protocol，簡稱 IP）是 TCP/IP模型的核心，它是一個路由協議，負責 IP 尋址、路由選擇、分段及包重組。 4） 傳輸層： 傳輸層給應用提供在其客戶端和服務器之間傳輸應用層消息的服務。即傳輸層負責 為兩個用戶進程之間建立、管理和拆除可靠而又有效的端到端連接。 傳輸層的核心協議是傳輸控制協議 TCP（ Transmission Control Protocol）和用戶數據報協議 UDP（ User Datagram Protocol）。 TCP 給其應用提供面向 連接的服務，該服務包括應用層消息往目的地有保證的遞送以及流量控制（既發送端和 接收 端之間速度的匹配）。 TCP 還把長數據塊分割成較小的段，并提供擁塞控制機制。這樣當網絡處于擁塞狀態時，源端會抑制其發送速率。 UDP協議給其應用提供無連接的服務，是一個幾乎沒有任何修飾的服務。 5） 應用層： 應用層負責支持網絡應用，直接與用戶或應用程序通信，它給應用程序提供訪問其他層服務的能力并定義應用程序用于交換數據的協議。應用層包括許多協議，例如支持 Web 的 HTTP、支持文件傳送的 FTP、支持 電子郵件的 SMTP 協議 都建立在這一 層。 TCP/IP 應用程序使用的應用層接口有 Windows 套接字（ Winsock）、 NetBIOS等。 Windows 套接字提供 Windows 下的標準應用編程接口； NetBIOS 是工業標準接口，用于訪問協議服務，如會話、數據報和名字解析等。 Inter 的核心層是網絡層和傳輸層，相應的核心協議是 IP 協議和 TCP協議。 IP 協議的主要功能包括無連結數據報傳送﹑數據報尋徑以及差錯處理三部分。 IP 協議的特點是點到點的， IP 對等實體間的通信不經過中間機器，對等實體所在的機器位于同一物理網絡，對等機器之間有直接的 物理連接。 IP 層的主要功能是屏蔽下面物理層的差別，向上一層提供一致的數據格式。所有要傳輸的數據，被按照一定的格式分組封裝層 IP 數據報，數據報單元通過尋徑等機制進行傳輸，在接收方數據報進行重組，得到最初要傳送的數據。由于 IP 協議是不可靠的數據傳輸協議，由于網絡的擁塞而發生的數據丟失等情況是不可避免的，因此 Inter 還必須有一定的控制重傳機制，這就是差錯與控制報文協議(ICMP)。 盡管計算機通過安裝 IP 軟件，從而保證了計算機之間可以發送和接收數據，但 IP 協議還不能解決數據分組在傳輸過程中可能出現的問題 。因此，若要解決可能出現的問題，還需要 TCP 協議來提供可靠的并且無差錯的通信服務。 TCP協議被稱作一種端對端協議。這是因為它為兩臺計算機之間的連接起了重要作用：當一臺計算機需要與另一臺遠程計算機連接時， TCP協議會讓它們建立一個連接、 第 6 頁 共 30 頁 發送和接收數據以及終止連接。傳輸控制協議 TCP協議利用重發技術和擁塞控制機制，向應用程序提供可靠的通信連接，使它能夠自動適應網上的各種變化。即使在 Inter 暫時出現堵塞的情況下， TCP也能夠保證通信的 可 靠 。互聯網 是一個龐大的國際性網絡，網路上的擁擠和空閑時間總是交替不 定的，加上傳送的距離也遠近不同，所以傳輸數據所用時間也會變化不定。 TCP 協議具有自動調整超時值 的功能，能很好地適應 Inter 上各種各樣的變化，確保傳輸數值的正確。 IP 協議只保證計算機能發送和接收分組數據，而 TCP 協議則可提供一個可靠的、可流控的、全雙工的信息流傳輸服務。雖然 IP 和 TCP 這兩個協議的功能不盡相同，也可以分開單獨使用，但它們是在同一時期作為一個協議來設計的，并且在功能上也是互補的。只有兩者的結合，才能保證 Inter 在復雜的環境下正常運行。凡是要連接到 Inter 的計算機，都必須同時安裝和使用這兩個協議，因此在實際中常把這兩個協議統稱作 TCP/IP 協議。 Socket 技術 Socket 基本概念 20 世紀 80 年代初，美國政府的高級研究機構（ ARPA）給加利福尼亞大學Berkeley 分校提供資金，讓他們在 UNIX 操作系統下實現 TCP/IP 協議。在這個項目中，研究人員為 TCP/IP 網絡通信開發了 API（應用程序接口）。這個 API稱為 Socket接口。如今 Socket接口是 TCP/IP網絡最為通用的 API，也是在 Inter上進行應用開發最為通用的 API。 Inter 是有不同種類的網絡互連而成，實現不同網絡及計算機之間交互操作的關鍵問題是由 TCP/IP 協議來解決的。 TCP/IP 協議的核心是傳輸層協議（ TCP 和 UDP）、網絡層協議（ IP）和網絡接口層，前兩層在操作系統內核中實現。操作系統內核是不能直接為一般用戶所感受到的，一般用戶感受到的只有應用程序（包括系統應用程序），即各種應用程序構成了操作系統的用戶視圖。兩者之間的接口是網絡編程界面（程序員界面）。因此， TCP/IP 網絡環境下的應用程序也不是直接與 TCP/IP 核心打交道，而是與網絡應用編程 接口 （套接字， socket）打交道，編程 接口 構成了核心協議的用戶視圖。 實際上， Socket 在計算機中提供了一個通信端口，可以通過這個端口與任何一個具有 Socket 接口的計算機通信。應用程序在網絡上傳輸，接收的信息都通過這個 Socket 接口來實現。在應用開發中，就像使用文件句柄一樣，可以對Socket 句柄進行讀、寫操作。可以把 Socket 看成是一根連接線，當在兩臺計算機之間建立了一個 Socket 之后，兩臺計算機就可以通過這根連接線來完成信息交互，所做的僅僅是向這根連接線里寫入數據，再從其中讀出數據，而不必擔心 第 7 頁 共 30 頁 會 不會由信息丟失， Socket 會負責照看好數據。 Socket 用于表達兩臺機器之間的連接 ‘ 終端 ’ 。 一個網絡應用涉及兩臺（或兩臺以上）不同主機中跨網絡彼此通信的兩個進程。這兩個進程通過經由各自的套接字（ Socket）發送和 接收 消息彼此通信。 對于一個給定的連接，每臺機器上都有一個套接字。有點像我們打電話，用電纜把電話連接起來，中間的物理結構和具體實現過程我們不必了解，只要我們能進行通話即可。 套接字是單臺主機內應用層和傳輸層之間的接口。套接字也用于指代應用程序和網絡之間的應用程序接口（ application program interface，簡稱 API），因為它又是用于構造互聯網中的網絡應用程序的編程接口。 當我們進行編程時，需要用到 Socket 接口，Socket 接口定義了許多函數或例程，我們可以直接調用它們實現網絡連接、通信等功能。 Socket 接口為我們建立通信信道，我們可以通過這條通道來與一臺或多臺計算機進行連接。 套接字屏蔽了底層通信軟件和具體操作系統的差異，使得任何兩臺安裝了TCP 協議軟件和實現了套接字規范的計算機之間的通信成為可能。對于應用程序來說，它就像一個服務協議插座一樣，各種不同的協議，對應不同的端口 。 我們可以把套接字看作相應進程上的“門”：進程把消息發送到網絡或從網絡 接收 消息都得經過自身得套接字。當一個進程想給另一臺主機中的另一個進程發送消息是，它就把該消息推出自家的門。該進程認定在這扇門的另一側有一個傳輸設施會把這個消息傳輸到目的進程的門口。在服務器進程處于運行狀態的情況下，客戶進程就能夠初始化一個到服務器的 TCP 連接了，這是通過在客戶程序中創建一個套接字對象來完成的，當客戶創建了它的套接字對象的時候，它詳細說明了服務器進程的地址，也就是，服務器的 IP 地址和進程的端口號，一旦創建了套接字對象，客戶 端的 TCP 就發起一個三次握手，并建立一個和服務器的TCP 連接，三次握手對客戶和服務器程序來說是完全透明的。 Socket 類型及規范 可以提供給用戶使用的套接字有兩種，它們分