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教学要求 本章目的： 以Linux 为例讲述操作系统中网络功能的实现。 教学目标： TCP/IP 体系结构；Linux 操作系统网络实现结构；套接字及缓冲；设备接口。 重点与难点： Linux 网络功能的结构。 专业术语: 套接字，网络协议，套接字地址族 15.1 概述 现在计算机应用已从单机时代走向了网络时代，网络应用十分普及。不论从个人还是企业都涉及到通过网络获取资源，或协同工作。因此，现代操作系统中提供网络连接和服务已成为一项基本的功能。 15.2 网络协议简介 要实现任意两个计算机系统之间的通信，必须有较高的协调性。为了在复杂的网络环境中实现它，人们采用了分层次的方法将任务划分成若干可实现的子模块，分层排列实现。 15.2 网络协议简介 各层的功能如下： 应用层：用户访问网络的接口层。向用户进程提供网络服务。主机间两个进程的通信 表示层：将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法变换为适合在OSI 内部使用的传送语法。实质上就是数据格式的转换。此外还有加密、压缩。会话层：负责主机中两个进程之间的通信过程进行管理。双工、半双工。多连接，断点续传。 运输层：为不同系统内的用户进程建立端到端的连接。进行差错控制、流量控制。传送单位为报文，对网络透明 网络层：为互联网上的不同主机提供通信。任务：选择适合的路由，使发方运输层传来的分组（包）能按地址找到目的主机。 数据链路层：在两个邻近节点间无差错地传送以帧frame 为单位的数据。 物理层：透明地传递比特流。 15.2 网络协议简介 而从Internet 发展起来的TCP/IP 协议由于其高效、适用成了事实上的工业标准。其协议栈如图15.1 所示。 15.3 Linux 网络的分层结构 在操作系统实现上网络数据从用户进程传到网络设备要经过四个层次：网络应用进程、套接字层、协议层和物理设备。每一层又有更细的层次划分。 15.4 Linux 的套接字及其缓冲区 15.4.1 套接字在网络中的地位 套接字对用户应用程序的编程来说是一个网络接口。用户进程通过套接字来跟网络打交道。 15.4 Linux 的套接字及其缓冲区 15.4.2 套接字的作用 socket 位于协议之上，屏蔽了不同网络协议之间的差异； socket 是网络编程的入口，它提供了大量的系统调用，构成了网络程序的主体； 在Linux 系统中，socket 属于文件系统的一部分，网络通信可以被看作是对文件 的读取，使得我们对网络的控制和对文件的控制一样方便。 15.4 Linux 的套接字及其缓冲区 15.4.3 Linux 套接字的层次 15.4 Linux 的套接字及其缓冲区 15.4.4 套接字通信数据结构 BSD 套接字层用于网络连接的数据结构是socket{} 15.5 Linux 网络协议的实现 15.5.1 建立连接 下面通过一段程序表明系统如何建立连接。 15.5 Linux 网络协议的实现 15.5.2 撤销连接 通过sys_close ( ) 函数最终调用sock_close ( )实现撤销连接。 15.5.3 数据发送 应用层 BSD 套接字层 INET 套接字层 从INET 层到IP 层 15.5 Linux 网络协议的实现 15.6 Linux 的网络设备接口 15.6.1 结构 15.6 Linux 的网络设备接口 15.6.2 设备注册 网络接口的注册有两种方式：内核初始化和模块方式初始化。 内核初始化 内核启动的方式是指在系统引导内核，启动操作系统的时候完成网络接口初始化，并注册存在的网络接口，使之在系统启动结束后网络接口能被自动使用。 模块方式初始化 微内核（Microkernel）体系结构，微内核结构只给内核分配一些最基本的功能，如进程创建和删除、内存地址空间管理、进程间通信和最基本的调度。 单一（Monolithic）体系结构，将所有操作系统功能模块集中在一起编译成一个二进制代码。 15.6 Linux 的网络设备接口 制作者：凤羽翚、窦志武 15-* 操作系统 Operating System 制作者：凤羽翚、窦志武 操作系统 Operating System 网址： 联系作者：fengyu139@ 第15章 网 络 Chapter 15 Network Agenda 15.1 概述 15.2 网络协议简介 15.3 Linux网络的分层结构 15.4 Linux的套接字及其缓冲区 15.5 Linux网络协议的实现 15.6 Linux的网络设备接口 网 络 网 络 网 络 网 络 网 络 网 络 网 络 网 络 网