Windows Socket網路程式設計——第二章 Windows Socket概念
第二章 Windows Sockets的概念
2.1 OSI網路模型
OSI（Open SystemInterconnect）網路模型，即開放系統互連網路模型，其組成結構如下圖所示。
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應用層 |
提供使用者介面、實現應用所需的服務（例如，檔案傳輸、電子郵件、終端模擬等）。 |
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表示層 |
閣書畫資料（例如，加密或解密、壓縮或解壓，或者在不同的表示系統之間進行轉換）。 |
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會話層 |
在兩臺網路主機之間開啟一個會話（一個“虛擬連線”），對兩個端點之間的會話進行控制，然後關閉會話。 |
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傳輸層 |
進行可靠或非可靠的資料傳輸。可靠傳輸需要建立連線（一個“虛擬連線”），然後在傳輸完成後拆除該連結。 |
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網路層 |
為分組定址和建立路由，通過中間結點，為兩個網路主機之間建立起端到端的通訊功能。 |
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資料鏈路層 |
建立和管理兩個端點之間的物理通訊鏈路，對共享介面上的競爭鏈路進行復用，將位元流組織成幀。 |
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1 |
物理層 |
提供到傳輸媒介上的電氣連線，是傳送端的一個位元能夠被接收端正確識別為一個位元。 |
上層：5、6、7。下層：1、2、3、4。而Windows Sockets API就位於上層與下層之間。
在Windows Sockets 模型中，我們將下層成為網路系統，把上層稱為WinSock應用程式。
服務和介面
OSI網路參考模型明確了一個7層的架構，每一層承擔一種功能（即一組相關的服務）。每一層通過相鄰下層的介面來訪問其提供的服務。介面提供一組定義良好的功能呼叫，從而使其服務可被訪問。
在OSI網路參考模型中，工作流是從上倒下執行的，上層依賴於下層來對付那些瑣事，實現其構想。各層通過下層介面依次向下遞交其工作，上層並不關心下層是怎樣完成其服務的，它們只關心任務是否完成。也就是說，下層的活動及其實現細節對於上層來說是透明的。只有在發生故障時，下層對上層才是不透明的，，故障在OSI的層次之間就像“冒泡”一樣從下往上呈現。因為當一個服務請求失敗是，隨之會帶來上層的失效，由此形成一個連鎖反應。
2.2 WinSock網路模型
將OSI網路模型的高層稱作Winsock應用程式，低層則構成網路系統，WinSock的應用程式設計介面（API）位於兩者之間。這樣就構成了WinSock網路模型。
WinSock應用程式：提供高層的工程（OSI的5～7層）
網路系統：提供低層的功能（OSI的1～4層）
Winsock API：允許高層訪問低層的服務。
下圖是一個典型的網路系統具有的模組化結構。
2.2.1 資訊與資料
資訊是“加工過的”，或者承載了耨中含義，兵器總是完整的。資料則與此想法，資料時“原始的”，佈局有什麼含義，並且通常是不完整的。資料包含資訊，但不是所有資料都具有資訊價值。資訊具有結構和意義，資料則兩者都不具備，資料時8為位元（位元組）的任意組合。
2.2.2 應用協議
應用協議定義了網路應用程式之間通訊所要遵循的規則。這些規則描述了應用程式的資訊，以及應用程式在傳送和接收資訊是應該怎樣使用中。兩個應用程式之間要進行與通訊，必須有一個應用協議，因為協議定義了應用程式彼此之間應傳遞什麼訊息。
Windows SocketsAPI 嚮應用程式遮蔽了“下層”的協議，如此一來程式設計師只管做自己的事就好，不需要去擔心“下層”是如何完成工作的。
2.3 WinSock中的OSI層次
2.3.1 應用層
應用層負責與使用者的互動。它提供接收使用者命令和顯示資訊的使用者介面。
Windows Sockets應用程式的應用層處理使用者的輸入（命令）和應用程式的輸出（響應），應用層的服務定義了應用程式的目的。例如，電子郵件程式，使用者利用應用層閱讀和撰寫電子郵件。
除了提供使用者介面和輔助功能外，應用層還承擔主要的資訊處理任務，實現與具體應用相關的資訊處理機制。例如，在電子郵件中，應用層建立要傳送的郵件訊息的首部，積習所接受的郵件訊息的首部。郵件訊息就是用用層的資訊單元。
2.3.2 表示層
表示層負責該層接受來自應用層的資訊，並對其進行格式化。如果這個應用程式需要進行任何形式的資料轉換，那麼都會在表示層進行。常見的表示層功能的例子有：壓索、加密、螢幕格式化以及程式碼轉換（例如,ASCII到EBCDIC）。表示層不是必需的，如果應用程式不需要任何資料格式化服務的話，那麼應用程式中可以沒有表示層。
2.3.3 會話層
會話層負責建立、控制和關閉一個被稱為會話的“高級別的"連結。一個會話與一個”低級別的“傳輸層連線不同。會話是一個”虛連線“，這意味著它可以存在於無連線的傳輸層協議之上，甚至當網路通訊已經停止時。應用程式在繪畫成上維持其通訊的狀態，即使不存在連線，會話層也可以通過該狀態模擬一個連線。
會話層的服務對於傳輸大檔案的應用層很有用，尤其是在一個不可靠的網路系統中，會話層與遠端主機建立起一個會話，然後開始傳輸檔案，按照預先設定的間隔，接收方發揮一個”同步訊息“，向傳送方表明已經成功接受了多少資料。傳送方和接收方均儲存這個訊息。如果傳輸失敗，虛連線依然存在，一旦會話層獲得一個新的傳輸連線，則檔案可以從上一個同步點重新開始傳輸，從而不必從頭傳輸該檔案。當檔案傳輸完成時，會話層結束該會話（虛連線）。
會話層利用傳輸層的服務來建立、控制和關閉會話。
2.3.4 傳輸層
傳輸層提供那些通常與網路互聯相關的服務，即資料的”端到端“（從源到目的）的傳輸。這個傳輸可以是可靠的，也可以是不可靠的，可靠傳輸要求一個連結，不可靠傳輸則無連線的要求。
傳輸層通過與網路層的介面實現資料包的封裝、定址和傳送從會話層傳遞過來的資料。對於可靠的資料傳輸，傳輸層要負責所接收資料的確認、資料序號分配、快取、流量控制和重傳。
傳輸層使用網路層的介面，很多情況下，網路層的介面對應用程式來說是不可見的，因為它被隱藏在協議棧軟體的內部。在Windows Sockets規範中沒有定義這個API，而在Berkeley Sockets的4.3版本中SOCK_RAW API卻是事實上的標準。
SOCK_RAW功能對某些特殊的應用程式來說是很有用的，但是我們應該避免使用它，應為大多數程式並不需要SOCK_RAW，它會大大降低應用程式的可移植性。
2.3.5 網路層
網路層負責資料包的路由、分片和重組。它的主要目的是定址，這包括路由服務，即能夠為資料包在網橋和路由器互聯起來的網路中建立起傳輸路徑。
2.3.6 資料鏈路層
資料鏈路層也被稱為網路驅動層。它控制網路介面硬體，當有兩個或多個網路層需要同時使用網路介面時，它負責管理競爭的請求。再把資料包傳送到物理層之前，資料鏈路層建立媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）首部。將其作為從網路層接收的資料包的字首。相反地，接收時，再把資料包上傳給網路層之前，資料鏈路層要把MAC首部剝離下來，再上傳。
2.3.7 物理層
物理層是硬體，即網絡卡本身。該層直接與物理網路介質的”對話“。它採用規定的方法（例如電壓電平，無線訊號或者光脈衝）產生（和檢測）介質上傳輸的訊息。物理層的主要目的是以位元流的形式傳送資料並確保其正常接收。
2.4 模組化的層次框
每一層都隱藏了其實現細節，所以每一層的內容都是可以改變的，但是它所提供的服務和介面保持不變。Windows Sockets支援多種協議AppleTalk、DECnet以及Novell公司的IPX/SPX協議。
2.5 服務和協議
兩個網路主機的對等層之間的對話，使用相同的協議進行彼此間“交談”，協議是對等層之間進行通訊所遵循的一組明確的規定。這些規定描述了當前狀態下應有的請求和相應。換言之，協議定義了每一層資訊的前後相關聯的語法和語義。
兩個對等層之間的“對話”在樓繼上獨立於其他對等層的對話，協議實現該層的服務，並且對上層的請求作出相應。
2.6 協議和API
Windows SocketsAPI是獨立於協議的，訪問不同協議棧的API間的差異，帶來了各種協議簇間不同的定址需求。此外，在可用的傳輸服務上也有一些細微的差異，但是這些差異對應用程式而言大多是透明的。
API和協議簇不能混為一談。API提供對西醫戰中服務的訪問，但是協議簇並不能決定API的標識和結構。不同的協議提供相同的服務，相反地，一個協議簇能夠通過任何API提供服務。
兩個程式能夠進行通訊，只要兩邊的應用程式都採用同樣的協議簇，並且在同一網路中，API的不同不會有任何影響，只要上層的協議也是相容的，兩邊的應用程式就能夠通訊。與此不同的，兩邊的應用程式採用了不同的協議簇，儘管都採用同樣的API，兩邊的程式還是不能夠通訊。總的來說，API 不需要相同，但是協議棧必須相同。