Windows網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)習(xí)題解答

1、Windows網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)課后習(xí)題作業(yè)軟件1202羅偉（1205290203）第一章：1. TCP/IP協(xié)議棧的五個(gè)層次是什么？在這些層次中，每層的主要任務(wù)是什么？解答：TCP/IP參考模型分為五個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層。以下分別介紹各層的主要功能。應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序及其應(yīng)用層協(xié)議存留的層次。該層包括了所有與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的高層協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）、超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）、Telent（遠(yuǎn)程終端協(xié)議）、簡單郵件傳送協(xié)議（Simple Mail Transfer

2、Protocol，SMTP）、因特網(wǎng)中繼聊天（Internet Relay Chat，IRC）、網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議（Network News Transfer Protocol，NNTP）等。傳輸層的功能是使源端主機(jī)和目標(biāo)端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話。在傳輸層定義了兩種服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議，即：傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）。網(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)TCP/IP協(xié)議棧的核心。它的功能是通過路徑選擇把分組發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擁塞控制以及差錯(cuò)控制。鏈路層負(fù)責(zé)物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間的通信

3、，將網(wǎng)絡(luò)層接收到的數(shù)據(jù)分割成特定的可被物理層傳輸?shù)膸?，并交付物理層進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)傳送。物理層的任務(wù)是將該幀中的一個(gè)一個(gè)比特從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。該層中的協(xié)議仍然是鏈路相關(guān)的，并且進(jìn)一步與鏈路（如雙絞線、單模光纖）的實(shí)際傳輸媒體相關(guān)。對(duì)應(yīng)于不同的傳輸媒體，跨越這些鏈路移動(dòng)一個(gè)比特的方式不同。2. 請(qǐng)分析路由器、鏈路層交換機(jī)和主機(jī)分別處理TCP/IP協(xié)議棧中的哪些層次？解答：路由器處理TCP/IP協(xié)議棧的物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層；鏈路層交換機(jī)處理TCP/IP協(xié)議棧的物理層和鏈路層；主機(jī)處理TCP/IP協(xié)議棧的物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。3. 請(qǐng)闡述NAT技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)方式，并思考N

4、AT技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的使用帶來哪些影響？解答：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（Network Address Translation，NAT）是接入廣域網(wǎng)（WAN）的一種技術(shù)，能夠?qū)⑺接校ūＡ簦┑刂忿D(zhuǎn)化為合法的IP地址，它被廣泛應(yīng)用于各種類型Internet接入方式和各種類型的網(wǎng)絡(luò)中。NAT的實(shí)現(xiàn)方式有三種，即靜態(tài)轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換和端口多路復(fù)用。NAT有效解決了IP地址短缺的問題，但是它也帶來了一些新的問題。主要體現(xiàn)在：處于NAT后面的主機(jī)不能充當(dāng)服務(wù)器直接接收外部主機(jī)的連接請(qǐng)求，必須對(duì)NAT設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的配置才能完成外部地址與內(nèi)部服務(wù)器地址的映射；處于不同NAT之后的兩臺(tái)主機(jī)無法建立直接的UDP或TCP連接，

5、必須使用中介服務(wù)器來幫助它們完成初始化的工作。4. 某業(yè)務(wù)要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)局域網(wǎng)上網(wǎng)行為監(jiān)控的軟件，能夠?qū)钟蚓W(wǎng)內(nèi)用戶的上網(wǎng)行為（包括訪問站點(diǎn)、使用聊天工具、發(fā)布言論等）進(jìn)行截獲和分析，請(qǐng)選擇一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)方法，并說明該軟件設(shè)計(jì)的主要流程。解答：選擇使用具有較強(qiáng)數(shù)據(jù)捕獲能力的網(wǎng)絡(luò)編程方法，如WinPcap編程或WinSock編程中的原始套接字。局域網(wǎng)上網(wǎng)行為監(jiān)控軟件的主要流程包括：1） 通過交換機(jī)的鏡像端口或分光方式，搭建局域網(wǎng)流量截獲環(huán)境，能夠?qū)⒕钟蚓W(wǎng)上下行的網(wǎng)絡(luò)流量復(fù)制出來進(jìn)行后續(xù)分析；2）對(duì)鏡像出的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行捕獲，得到原始數(shù)據(jù)；3）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，識(shí)別并保留與上網(wǎng)行為監(jiān)控相關(guān)的

6、協(xié)議數(shù)據(jù)，如HTTP、SMTP、QQ通信協(xié)議等；4）提取不同協(xié)議中監(jiān)控者感興趣的信息，如訪問網(wǎng)址、聊天對(duì)象、發(fā)布言論等；5）分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行重點(diǎn)用戶監(jiān)控和異常行為檢測。第二章 網(wǎng)絡(luò)程序通信模型習(xí)題1. 面向少量客戶持續(xù)請(qǐng)求的服務(wù)器和面向大量客戶短期請(qǐng)求的服務(wù)器在設(shè)計(jì)中有哪些區(qū)別？解答：面向少量客戶持續(xù)請(qǐng)求的服務(wù)器在單位時(shí)間內(nèi)處理的客戶請(qǐng)求數(shù)量是有限的，但服務(wù)器與每個(gè)客戶端之間的交互時(shí)間和頻率是持續(xù)的。在這種情況下，服務(wù)器一般設(shè)計(jì)為并發(fā)服務(wù)器，為每個(gè)客戶端分配專門的線程以處理其復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求。面向大量客戶短期請(qǐng)求的服務(wù)器在同一時(shí)間可能面臨成百上千個(gè)客戶的大量請(qǐng)求，但每個(gè)客戶端的請(qǐng)求與響應(yīng)比較簡單。

7、在這種情況下，服務(wù)器需要根據(jù)客戶的具體業(yè)務(wù)需求來設(shè)計(jì)。如果是類似于時(shí)間服務(wù)的單次查詢-響應(yīng)服務(wù)，可選擇循環(huán)服務(wù)器串行響應(yīng)每個(gè)客戶端的請(qǐng)求，避免線程膨脹和維護(hù)的復(fù)雜性；如果是類似于Web訪問較復(fù)雜的服務(wù)，可選擇基于完成端口的異步I/O，與線程池聯(lián)合管理多個(gè)客戶端的請(qǐng)求。2. 某業(yè)務(wù)需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)文件服務(wù)器，請(qǐng)給出該文件服務(wù)器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。解答：文件服務(wù)器主要處理文件的上傳與下載業(yè)務(wù)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下要點(diǎn)：1） 用戶鑒別與權(quán)限管理。文件服務(wù)器應(yīng)具備一定的用戶登錄和權(quán)限管理能力，以辨別用戶身份，保護(hù)文件訪問的合法性。2） 數(shù)據(jù)傳輸可靠性。為了確保文件服務(wù)器的傳輸可靠性，在傳輸協(xié)議選擇上，可以使用TC

8、P協(xié)議自定義文件傳輸過程，完成數(shù)據(jù)傳輸；或者使用FTP協(xié)議，用控制流進(jìn)行用戶授權(quán)和傳輸管理，用數(shù)據(jù)流具體傳送文件。3） 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。考慮到用戶上傳和下載大數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，文件服務(wù)器應(yīng)提供高效的數(shù)據(jù)傳輸能力，比如使用多線程機(jī)制提高效率，使用P2P模型支持多點(diǎn)下載等。4） 斷點(diǎn)續(xù)傳文件服務(wù)器應(yīng)提供斷點(diǎn)續(xù)傳能力，確保在用戶下載過程中斷并恢復(fù)后，能夠保存之前的數(shù)據(jù)和狀態(tài)并繼續(xù)后續(xù)的下載任務(wù)。實(shí)驗(yàn)1. 結(jié)合Wireshark網(wǎng)絡(luò)流量分析工具對(duì)網(wǎng)頁郵件登錄過程進(jìn)行捕獲和分析，說明其基本的工作流程。解答：分析流程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。2. 結(jié)合Wireshark網(wǎng)絡(luò)流量分析工具對(duì)迅雷登錄和文

9、件下載過程進(jìn)行捕獲和分析，說明其基本的工作流程。解答：分析流程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。第三章 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的內(nèi)容與形態(tài)習(xí)題1. 假設(shè)應(yīng)用程序使用有符號(hào)短整型給端口號(hào)賦值，當(dāng)端口號(hào)大于32768時(shí)，端口號(hào)的具體值為多少？是否合理？解答：有符號(hào)短整型能夠表示的數(shù)據(jù)范圍是-3276832767，當(dāng)端口號(hào)n大于32768時(shí)，短整型最左邊一位為1，端口號(hào)的值為負(fù)數(shù)，即-（216-n），這樣表示是不合理的，應(yīng)該選用無符號(hào)短整型來描述端口號(hào)。2. 大端字節(jié)順序和小端字節(jié)順序是CPU處理多字節(jié)數(shù)的不同方式。例如“漢”字的Unicode編碼是0x6C49。那么存儲(chǔ)在內(nèi)存中時(shí)數(shù)據(jù)是如何存儲(chǔ)呢？請(qǐng)?jiān)谧约旱南到y(tǒng)

10、平臺(tái)下觀察字節(jié)在內(nèi)存中的具體存儲(chǔ)方式。解答：在基于X86平臺(tái)的PC機(jī)中，漢字的Unicode編碼是6C49，存儲(chǔ)在內(nèi)存中是小端字節(jié)序的，具體存儲(chǔ)順序如下：3. 試考慮一個(gè)15字節(jié)的消息結(jié)構(gòu)：struct integerMessage uint8_t onebyte;uint16_ttwobytes;uint32_tfourbytes;uint64_teightbytes;請(qǐng)問，該消息結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的實(shí)際布置如何？該結(jié)構(gòu)的長度為多少？解答：由于字節(jié)對(duì)齊的原因，該消息結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的實(shí)際布置如下：該消息結(jié)構(gòu)的長度為16.4. 假設(shè)一個(gè)端口掃描應(yīng)用程序被設(shè)計(jì)為遞增IP地址和TCP端口，并手工構(gòu)造和發(fā)送T

11、CP掃描包給目標(biāo)方，那么在每次發(fā)送數(shù)據(jù)前，TCP掃描包的哪些字段需要修改，如何修改？解答：TCP端口掃描程序面向給定的目的主機(jī)，對(duì)指定的端口范圍進(jìn)行掃描，掃描過程一般是向目標(biāo)主機(jī)的端口號(hào)發(fā)送SYN請(qǐng)求，并接收對(duì)方的應(yīng)答，如果對(duì)方反饋了SYN應(yīng)答包則說明該端口開放，否則認(rèn)為端口不開放。手工構(gòu)造TCP掃描包涉及到IP首部和TCP首部的構(gòu)造，那么在探測過程中，每次TCP掃描包需要修改的字段主要有：IP首部中目的IP地址、IP首部的校驗(yàn)和清零后重新計(jì)算、TCP首部的目標(biāo)端口號(hào)、TCP首部的校驗(yàn)和清零后重新計(jì)算。5. 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)遠(yuǎn)程投票系統(tǒng)的消息傳送協(xié)議，具體內(nèi)容包括：1）投票協(xié)議標(biāo)識(shí)2）投票消息類型3

12、）投票候選人標(biāo)識(shí)4）投票結(jié)果使用文本串和二進(jìn)制兩種方式設(shè)計(jì)投票消息以滿足以上需求。解答：基于文本串的消息描述方式需要定義一些固定含義的文本串來標(biāo)識(shí)消息內(nèi)容。比如：“VOT”指明投票協(xié)議，“TYPE：”指明消息類型，“CANDIDATE：”指明候選人，“RESULT：”指明結(jié)果。則一個(gè)具體的消息可以表示為由消息標(biāo)識(shí)聲明的文本串，如“VOT TYPE：2；CANDIDATE：peter；RESULT：true”，假設(shè)投票消息傳送協(xié)議基于TCP協(xié)議承載，在具體傳輸過程中，使用一種編碼方式（如：Unicode編碼）對(duì)該文本串進(jìn)行描述，并作為TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)部分傳輸?；诙M(jìn)制的消息描述方式使用固定大小

13、的數(shù)據(jù)區(qū)域存儲(chǔ)消息內(nèi)容，比如設(shè)計(jì)投票消息傳送協(xié)議格式如下：定義：協(xié)議標(biāo)識(shí)0x01代表投票協(xié)議 消息類型0x02代表投票消息 候選人標(biāo)識(shí)0x05代表候選人“peter”的唯一標(biāo)識(shí) 投票結(jié)果0x01代表投票，0x02代表反對(duì)那么一次對(duì)候選人peter的贊成投票的投票消息為：0x01020501.假設(shè)投票消息傳送協(xié)議基于TCP協(xié)議承載，在具體傳輸過程中，二進(jìn)制描述的投票消息可以直接作為TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)部分傳輸。第四章 協(xié)議軟件接口習(xí)題1 闡述使用Windows Sockets編程的環(huán)境配置過程。解答：Windows Sockets實(shí)現(xiàn)一般由兩部分組成：開發(fā)組件和運(yùn)行組件。開發(fā)組件是供程序員開發(fā)Win

14、dows Sockets應(yīng)用程序使用的，它包括介紹Windows Sockets實(shí)現(xiàn)的文檔、Windows Sockets應(yīng)用程序接口（API）引入庫和一些頭文件。頭文件winsock.h、winsock2.h分別對(duì)應(yīng)于WinSock 1.1和WinSock2.2，是Windows Sockets最重要的頭文件，它們包括了Windows Sockets實(shí)現(xiàn)所定義的宏、常數(shù)值、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)調(diào)用接口原型。運(yùn)行組件是Windows Sockets應(yīng)用程序接口的動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL），應(yīng)用程序在執(zhí)行時(shí)通過裝入它實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。兩個(gè)版本的動(dòng)態(tài)鏈接庫以及與其對(duì)應(yīng)的接口引入庫和頭文件如下所示。表4-1 W

15、indows Sockets 版本中相應(yīng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫版本頭文件靜態(tài)鏈接庫文件動(dòng)態(tài)鏈接庫文件1.1winsock.hwinsock.libwinsock.dll2.2winsock2.hws2_32.libws2_32.dll對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接的使用，需要在程序編譯前將對(duì)應(yīng)的頭文件引入源文件，以便編譯環(huán)境可以找到相應(yīng)函數(shù)和變量的聲明，并在項(xiàng)目中引入靜態(tài)鏈接庫文件，以便在程序編譯通過后，連接時(shí)可以找到套接字函數(shù)的執(zhí)行地址。以Windows Sockets 2.2版本為例，對(duì)頭文件的引入使用以下代碼段：#include “winsock2.h”對(duì)靜態(tài)鏈接庫的引入使用以下代碼段：#pragma comment

16、(lib,"ws2_32.lib")或者在開發(fā)環(huán)境中的項(xiàng)目菜單中配置增加對(duì)“ws2_32.lib”文件的引入，如下圖所示。2 考慮一種提供消息傳遞的操作系統(tǒng)，闡述如何擴(kuò)展應(yīng)用程序接口使其適用于網(wǎng)絡(luò)通信？解答：提供消息傳遞的操作系統(tǒng)典型的例子是Windows操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是圖形化的操作界面，其圖形化界面是建立在消息處理機(jī)制這個(gè)基礎(chǔ)之上的。程序不斷等待，等待任何可能的輸入，然后做判斷，根據(jù)不同的消息調(diào)用消息處理函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。這種輸入是操作系統(tǒng)捕捉到后以消息形式（一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）進(jìn)入程序之中的。有了消息機(jī)制的推動(dòng)，套接字接口也可以借助消息機(jī)制來通知應(yīng)用程序網(wǎng)絡(luò)事件

17、滿足，具體思路是：首先為應(yīng)用程序創(chuàng)建消息傳遞所需的消息接收窗口和消息隊(duì)列；然后定義與網(wǎng)絡(luò)事件相關(guān)聯(lián)的消息；之后通過系統(tǒng)調(diào)用注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)事件與消息的對(duì)應(yīng)關(guān)系；最后，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)消息通知應(yīng)用程序處理。通過以上基本步驟實(shí)現(xiàn)了基于消息機(jī)制的異步網(wǎng)絡(luò)操作。 3 闡述程序、套接字、端口和協(xié)議之間的關(guān)系。解答：程序和套接字的關(guān)系：一個(gè)程序可以同時(shí)使用多個(gè)套接字，不同套接字完成不同的傳輸任務(wù)。多個(gè)應(yīng)用程序可以同時(shí)使用同一個(gè)套接字，不過這種情況并不常見。套接字和端口的關(guān)系：每個(gè)套接字都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的本地TCP或UDP端口，它用于把傳入的分組指引到應(yīng)該接收它們的應(yīng)用程序。一個(gè)端口上可能關(guān)聯(lián)多個(gè)套接字，流式

18、套接字的服務(wù)器上可能同時(shí)有監(jiān)聽套接字和連接套接字，它們都與一個(gè)TCP的端口號(hào)相關(guān)聯(lián)；一個(gè)套接字一般只會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)唯一的本地端口號(hào)。端口和協(xié)議的關(guān)系：TCP和UDP的端口號(hào)是獨(dú)立使用的。實(shí)驗(yàn)1調(diào)用Windows Sockets的API函數(shù)獲得本地主機(jī)和遠(yuǎn)端域名的IP地址，如果一個(gè)主機(jī)名稱對(duì)應(yīng)了多個(gè)IP地址，請(qǐng)依次打印。解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。第五章 流式套接字編程習(xí)題1. 思考套接字接口層與TCP實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系，結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)送和接收分析數(shù)據(jù)的傳遞過程以及兩個(gè)層次的具體工作。解答：對(duì)應(yīng)于TCP數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，套接字實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立的緩沖區(qū)，分別用于緩存應(yīng)用程序請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)

19、和等待接收的數(shù)據(jù)（一般以先進(jìn)先出隊(duì)列的形式保存）。從應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)、套接口實(shí)現(xiàn)和協(xié)議實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次來觀察數(shù)據(jù)發(fā)送的過程，數(shù)據(jù)發(fā)送在實(shí)施過程中主要涉及到兩個(gè)緩沖區(qū)：一個(gè)是應(yīng)用程序發(fā)送緩沖區(qū)，即調(diào)用send()函數(shù)時(shí)由用戶申請(qǐng)并填充的緩沖區(qū)，這個(gè)緩沖區(qū)保存了用戶即將使用協(xié)議棧發(fā)送的TCP數(shù)據(jù)；另一個(gè)是TCP套接口的發(fā)送緩沖區(qū)，在這個(gè)緩沖區(qū)中保存了TCP協(xié)議尚未發(fā)送的數(shù)據(jù)和已發(fā)送但未得到確認(rèn)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送涉及到兩個(gè)層次的寫操作：從應(yīng)用程序發(fā)送緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)到TCP套接口的發(fā)送緩沖區(qū)，和從TCP套接口的發(fā)送緩存將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)接收在實(shí)施過程中主要涉及到另外兩個(gè)緩沖區(qū)，一個(gè)是TCP套接口的接收緩沖

20、區(qū)，在這個(gè)緩沖區(qū)中保存了TCP協(xié)議從網(wǎng)絡(luò)中接收到的與該套接口相關(guān)的數(shù)據(jù)；另一個(gè)是應(yīng)用程序的接收緩沖區(qū)，即調(diào)用recv()函數(shù)時(shí)由用戶分配的緩沖區(qū)，這個(gè)緩沖區(qū)用于保存從TCP套接口的接收緩存收到并提交給應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收也涉及到兩個(gè)層次的寫操作：從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)保存到TCP套接口的接收緩沖區(qū)，和從TCP套接口的接收緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序的接收緩沖區(qū)中。2. 在基于流式套接字的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，假設(shè)客戶端以8字節(jié)-12字節(jié)-8字節(jié)-12字節(jié)的順序交替發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器，請(qǐng)思考，服務(wù)器的接收操作每次能夠接收到多少字節(jié)的數(shù)據(jù)？為什么？解答：服務(wù)器接收操作每次能夠接收到的數(shù)據(jù)長度是不確定的，

21、這是因?yàn)門CP傳送數(shù)據(jù)的形態(tài)是沒有間隔的字節(jié)流，數(shù)據(jù)接收僅與接收調(diào)用的時(shí)間和當(dāng)前主機(jī)內(nèi)核緩存中尚未提交應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)有關(guān)，與發(fā)送端發(fā)送多少次和TCP如何傳送沒有直接的關(guān)系，我們不能準(zhǔn)確地預(yù)測一個(gè)特定的接收操作到底返回多少字節(jié)。3. 思考使用TCP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用程序是否一定不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失？應(yīng)用程序應(yīng)在哪些具體操作上考慮可靠性問題？解答：使用TCP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用程序也可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，這是因?yàn)門CP是一個(gè)端到端的協(xié)議，這意味著通信的雙方只關(guān)心自己提供了一個(gè)可靠的傳輸機(jī)制，“端”是對(duì)等方的TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，而不是對(duì)等方的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序的可靠性需要應(yīng)用程序自己提供。導(dǎo)致TCP傳輸出現(xiàn)失敗

22、的現(xiàn)象有：在正常的TCP連接上，TCP確認(rèn)的數(shù)據(jù)實(shí)際上有可能不會(huì)到達(dá)它的目的應(yīng)用程序，服務(wù)器的TCP實(shí)現(xiàn)不確認(rèn)接收到了數(shù)據(jù)，如：發(fā)生永久的或暫時(shí)的網(wǎng)絡(luò)紊亂，對(duì)等方的應(yīng)用程序崩潰，對(duì)等方的應(yīng)用程序運(yùn)行的主機(jī)崩潰等。網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意到這些失敗模式對(duì)TCP應(yīng)用程序的影響，在數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、連接關(guān)閉等操作上，注意函數(shù)調(diào)用時(shí)機(jī)，關(guān)注函數(shù)調(diào)用結(jié)果，盡可能全面地處理TCP傳輸中可能遇到的失敗模式。實(shí)驗(yàn)1. 使用流式套接字編程設(shè)計(jì)一個(gè)并發(fā)的回射服務(wù)器，該服務(wù)器具有并發(fā)處理客戶請(qǐng)求的功能，當(dāng)多個(gè)客戶端同時(shí)請(qǐng)求服務(wù)器回射時(shí)，服務(wù)器能夠同時(shí)接收到多個(gè)客戶端的請(qǐng)求并相應(yīng)做出回射響應(yīng)。解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Wind

23、ows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。2. 設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)測試程序，客戶端能夠模擬“發(fā)送-發(fā)送-接收”的操作序列，采用send()和WSASend()兩種發(fā)送方式進(jìn)行請(qǐng)求發(fā)送，測試在這兩種發(fā)送操作下服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間有何差別，并說明原因。解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。第六章 數(shù)據(jù)報(bào)套接字編程習(xí)題3. 思考套接字接口層與UDP實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系，結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)送和接收分析數(shù)據(jù)的傳遞過程以及兩個(gè)層次的具體工作。解答：數(shù)據(jù)發(fā)送過程和接收過程類似，以數(shù)據(jù)接收為例，從應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)、套接口實(shí)現(xiàn)和協(xié)議實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次來觀察接收的過程，數(shù)據(jù)接收在實(shí)施過程中主要涉及到兩個(gè)緩沖區(qū)，一個(gè)是UDP套接口的接收緩沖區(qū)，在這個(gè)緩沖區(qū)中保

24、存了UDP協(xié)議從網(wǎng)絡(luò)中接收到的與該套接口相關(guān)的數(shù)據(jù)；另一個(gè)是應(yīng)用程序的接收緩沖區(qū)，即調(diào)用recvfrom()函數(shù)時(shí)由用戶分配的緩沖區(qū)recvbuf，這個(gè)緩沖區(qū)用于保存從UDP套接口的接收緩存收到并提交給應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收涉及到兩個(gè)層次的寫操作：從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)保存到UDP套接口的接收緩沖區(qū)，和從UDP套接口的接收緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序的接收緩沖區(qū)中，如下圖所示。4. 在基于數(shù)據(jù)報(bào)套接字的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，假設(shè)客戶端向服務(wù)器發(fā)送了兩個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，一個(gè)報(bào)文長度為800字節(jié)，另一個(gè)報(bào)文長度為1200字節(jié)，設(shè)置服務(wù)器端的接收緩沖區(qū)為1000字節(jié)，進(jìn)行三次接收操作，請(qǐng)思考，服務(wù)器在三次接收操作

25、時(shí)各發(fā)生何種現(xiàn)象，實(shí)際接收到的字節(jié)長度為多少？ 解答：第一次接收操作接收到完整的800字節(jié)的報(bào)文，recvfrom()函數(shù)返回800；第二次接收操作接收1000字節(jié)的報(bào)文，recvfrom()函數(shù)返回1000，第二個(gè)報(bào)文后續(xù)的200字節(jié)內(nèi)容被截?cái)鄟G棄；第三次接收操作依賴于套接字的工作模式，如果是阻塞模式，則接收函數(shù)阻塞，如果設(shè)置了接收超時(shí)，則在超時(shí)時(shí)間到時(shí)返回接收超時(shí)錯(cuò)誤；如果是非阻塞模式，則接收函數(shù)立刻返回，錯(cuò)誤類型是WSAEWOULDBLOCK.5. 總結(jié)使用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用程序應(yīng)在哪些具體操作上考慮可靠性問題？解答：由于UDP協(xié)議是一個(gè)不可靠的協(xié)議，使用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用程

26、序會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)環(huán)境、主機(jī)環(huán)境的差異帶來數(shù)據(jù)傳遞過程中發(fā)生丟失、亂序、重復(fù)等問題，那么在程序運(yùn)行過程中需要考慮：發(fā)送操作：發(fā)送出去的數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失，需要考慮超時(shí)重傳問題；發(fā)送目的地可能并不存在，需要判斷目的應(yīng)用程序的狀態(tài)。接收操作：接收到的數(shù)據(jù)可能重復(fù)，需要判斷重復(fù)數(shù)據(jù)；接收到的數(shù)據(jù)可能是噪音，需要排除噪音；接收到的數(shù)據(jù)可能亂序，需要考慮重組；可能無法接收到預(yù)期的數(shù)據(jù)，需要考慮反饋確認(rèn)和流量控制問題。實(shí)驗(yàn)1. 設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)測試程序，客戶端能夠高速發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)接收到的數(shù)據(jù)報(bào)文個(gè)數(shù)，測試當(dāng)前系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，服務(wù)器的丟包率為多少？解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。2.

27、 在上題的測試程序基礎(chǔ)上，修改系統(tǒng)接收緩存，測試系統(tǒng)接收緩存的大小與程序丟包率之間的關(guān)系，并解釋原因。解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。第七章 原始套接字編程習(xí)題1. 原始套接字在處理數(shù)據(jù)發(fā)送和接收時(shí)與流式套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字有哪些不同？解答：在使用原始套接字進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幊踢^程中，增加了諸多操作，如套接字選項(xiàng)的設(shè)置、傳輸協(xié)議首部的構(gòu)造、網(wǎng)卡工作模式的設(shè)定以及接收數(shù)據(jù)的過濾與判斷等。使用原始套接字發(fā)送數(shù)據(jù)需要填寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容更加復(fù)雜，根據(jù)應(yīng)用的不同，原始套接字可以有兩種數(shù)據(jù)填充的選擇：僅構(gòu)造IP數(shù)據(jù)或構(gòu)造IP首部和IP數(shù)據(jù)。此時(shí)程序設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際需要對(duì)套接字選項(xiàng)IP_HDR

28、INCL進(jìn)行配置。使用原始套接字接收數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口提交給原始套接字的數(shù)據(jù)并不一定是網(wǎng)卡接收到的所有數(shù)據(jù)，如果希望得到特定類型的數(shù)據(jù)包，應(yīng)用程序需要對(duì)套接字的接收進(jìn)行控制，設(shè)定接收選項(xiàng)SIO_RCVALL，或者通過bind()、connect()函數(shù)明確端點(diǎn)地址。由于原始套接字的數(shù)據(jù)傳輸也是無連接的，網(wǎng)絡(luò)接口提交給原始套接字的數(shù)據(jù)很可能存在噪音，因此在接收到數(shù)據(jù)后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定條件的過濾。2. 某程序員在Windows 7環(huán)境下，使用原始套接字構(gòu)造TCP的SYN請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)半開端口掃描，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中并沒有看到SYN請(qǐng)求的發(fā)送，請(qǐng)分析原因并給出解決思路。解答：在Windows環(huán)境下，原始套

29、接字的支持一直是個(gè)備受爭議的問題，不同版本的Windows環(huán)境對(duì)原始套接字給出了一些限制。在Windows7、Windows Vista、Windows XP SP2和Windows XP SP3中，通過原始套接字發(fā)送數(shù)據(jù)的能力受到了諸多限制，其中對(duì)TCP的限制是TCP的數(shù)據(jù)不能通過原始套接字發(fā)送。因此，如果仍要在Windows7環(huán)境下開發(fā)SYN半開端口掃描，那么需要選擇其它的編程方法，如WinPcap編程。實(shí)驗(yàn)1. 使用原始套接字編程，實(shí)現(xiàn)UDP回射客戶端的主要功能。該客戶端具備IP原始數(shù)據(jù)包的構(gòu)造、發(fā)送和接收功能，能夠從控制臺(tái)獲取用戶輸入，將用戶輸入的字符串作為UDP的數(shù)據(jù)填充回射請(qǐng)求，發(fā)

30、送給回射服務(wù)器，接收服務(wù)器發(fā)回的響應(yīng)，并將響應(yīng)打印到命令行中。解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。2. 設(shè)計(jì)一個(gè)路徑探測器，能夠?qū)崿F(xiàn)類似于traceroute功能，獲取從探測源到達(dá)目的主機(jī)的路由器路徑和延遲。解答：實(shí)現(xiàn)過程具體見Windows網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)。第八章 網(wǎng)絡(luò)通信中的I/O操作習(xí)題1. 簡述阻塞與非阻塞、同步與異步的區(qū)別。解答：同步和異步概念與消息的通知機(jī)制有關(guān)。對(duì)于消息處理者而言，在同步的情況下，由處理消息者自己去等待消息是否被觸發(fā)；在異步的情況下，由觸發(fā)機(jī)制來通知處理消息者，然后進(jìn)行消息的處理。同步和異步僅僅是關(guān)于所關(guān)注的消息如何通知的機(jī)制，而不是處理消息的機(jī)制。阻塞和

31、非阻塞與消息的處理機(jī)制有關(guān)。阻塞模式是指在指定套接字上調(diào)用函數(shù)執(zhí)行操作時(shí)，在沒有完成操作之前，函數(shù)不會(huì)立即返回。非阻塞模式是指在指定套接字上調(diào)用函數(shù)執(zhí)行操作時(shí)，無論操作是否完成，函數(shù)都會(huì)立即返回。同步與阻塞，異步與非阻塞并不是兩對(duì)相同的概念，要注意消息的通知和消息的處理是不同的。2. 簡述WSAAsyncSelect模型和WSAEventSelect模型的主要區(qū)別和各自在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)。解答：WSAAsyncSelect模型和WSAEventSelect模型都是Windows Sockets引入的異步處理網(wǎng)絡(luò)I/O的基本方法。WSAEventSelect模型與基于WSAAsyncSelect的

32、異步I/O模型的最主要的區(qū)別是網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)系統(tǒng)通知應(yīng)用程序的方式不同。WSAAsyncSelect模型依賴消息通知，而WSAEventSelect模型允許在多個(gè)套接字上接收以事件為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)事件的通知。WSAAsyncSelect模型基于Windows消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是：在系統(tǒng)開銷不大的情況下可以較簡單地同時(shí)處理多個(gè)客戶端的網(wǎng)絡(luò)I/O。其缺點(diǎn)是：消息的運(yùn)轉(zhuǎn)需要有消息隊(duì)列，為了支持消息機(jī)制，就必須創(chuàng)建一個(gè)窗口來接收消息，另外，在一個(gè)窗口中處理大量的消息也可能成為性能的瓶頸。WSAEventSelect模型不依賴于消息，所以可以在沒有窗口的環(huán)境下比較簡單地實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的異步操作。該模型的缺

33、點(diǎn)是等待的事件對(duì)象的總數(shù)是有限制的（每次只能等待64個(gè)事件），在有些應(yīng)用中可能會(huì)因此受到限制。3. 假設(shè)某Web服務(wù)器使用TCP協(xié)議通信，在同一時(shí)間會(huì)有上萬個(gè)客戶端同時(shí)在線訪問，試選擇一種網(wǎng)絡(luò)I/O通信的模型，使其能夠充分發(fā)揮服務(wù)器所在系統(tǒng)的性能，并闡明原因。解答：選擇使用完成端口模型處理網(wǎng)絡(luò)I/O，該模型內(nèi)部提供了線程池的管理，可以避免反復(fù)創(chuàng)建線程的開銷，同時(shí)可以根據(jù)CPU的個(gè)數(shù)靈活地決定線程個(gè)數(shù)，減少線程調(diào)度的次數(shù)，從而提高了程序的并行處理能力。由于其穩(wěn)定、高效的并發(fā)通信能力，該模型適合于具有大量并發(fā)用戶請(qǐng)求的場合。4. 假設(shè)某時(shí)間服務(wù)器使用UDP協(xié)議通信，同一時(shí)間僅有少量客戶端請(qǐng)求，每次請(qǐng)求的主要過程是建立連接后獲取時(shí)間，之后斷開連接，試選擇一種適合的網(wǎng)絡(luò)I/O通信模型，并闡明原因。解答：選擇使用WSAAsyncSelect模型或WSAEventSelect模型處理網(wǎng)絡(luò)I/O，這兩個(gè)模型使用異步方式進(jìn)行I/O事件通知，不會(huì)使應(yīng)用程序阻塞于網(wǎng)絡(luò)事件的等待上，靈活性較好，同時(shí)程序的實(shí)現(xiàn)比較簡單，可