第一部分 简介和TCP/IP
第1章 简介
1.1 概述
要编写通过计算机网络通信的程序，首先要确定这些程序相互通信所用的协议（protocol）。在深入设计一个协议的细节之前，应该从高层次决断通信由哪个程序发起以及响应在何时产生。举例来说，一般认为Web服务器程序是一个长时间运行的程序（即所谓的守护程序，daemon），它只在响应来自网络的请求时才发送网络消息。协议的另一端是Web客户程序，如某种浏览器，与服务器进程的通信总是由客户进程发起。大多数网络应用就是按照划分成客户（client）和服务器（server）①来组织的。在设计网络应用②时，确定总是由客户发起请求往往能够简化协议和程序③本身。当然一些较为复杂的网络应用还需要异步回调(asynchron-ous callback)通信，也就是由服务器向客户发起请求消息。然而坚持采纳图1-1所示的基本客户/服务器模型的网络应用毕竟要普遍得多。
通常客户每次只与一个服务器通信，不过以使用Web浏览器为例，我们也许在10分钟内就可以与许多不同的Web服务器通信。从服务器的角度来看，一个服务器同时与多个客户通信并不稀奇，见图1-2。本书后面将介绍若干种让一个服务器同时处理多个客户请求的方法。
可认为客户与服务器之间是通过某个网络协议通信的，但实际上，这样的通信通常涉及多个网络协议层。本书的焦点是TCP/IP协议族，也称为网际协议族。举例来说，Web客户与服务器之间使用TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）通信。TCP又转而使用IP（Internet Protocol，网际协议）通信，IP再通过某种形式的数据链路层通信。如果客户与服务器处于同一个以太网，就有图1-3所示的通信层次。
尽管客户与服务器之间使用某个应用协议通信，传输层却使用TCP通信。注意，客户与服务器之间的信息流在其中一端是向下通过协议栈的，跨越网络后，在另一端则是向上通过协议栈的。另外注意，客户和服务器通常是用户进程，而TCP和IP协议通常是内核中协议栈的一部分。我们在图1-3右边标出了4个层。
本书讨论的协议不限于TCP和IP。有些客户和服务器改用UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）而不是TCP，第2章将详细介绍这两个协议。此外，本书使用术语“IP”来称谓的那个协议，自20世纪80年代早期以来一直在使用，其实其正式名称是IPv4（IP version 4，IP版本4）。IPv4的一个新版本IPv6（IP version 6，IP版本6）是在20世纪90年代中期开发出来的，将来会取代IPv4。本书既讨论使用IPv4的网络应用程序的开发，也讨论使用IPv6的网络应用程序的开发。附录A会给出IPv4和IPv6的一个比较，同时介绍正文中将讨论的其他协议。
同一网络应用的客户和服务器无需如图1-3所示处于同一个局域网（local area network，LAN）。例如，图1-4展示了处于不同局域网中的客户和服务器，而这两个局域网是使用路由器（router）连接到广域网（wide area network，WAN）的。
路由器是广域网的架构设备。当今最大的广域网是因特网④（Internet）。许多公司也构建自己的广域网，而这些私用的广域网既可以连接到因特网，也可以不连接到因特网。
本章其余部分将概述多个主题，这些主题在后续章节中还会具体介绍。我们从一个尽管简单却完整的TCP客户程序开始，它展示了全书都会遇到的许多函数调用和概念。这个客户程序只能在IPv4上运行，不过我们会给出让它在IPv6上运行所需进行的修改。更好的办法是编写独立于协议的客户和服务器程序，这在第11章中会讨论。本章同时展示一个与该TCP客户程序配合工作的完整的TCP服务器程序。
为了简化代码，我们对本书中要调用的大多数系统函数定义了各自的包裹函数。多数情况下我们可以使用这些包裹函数来检查错误，输出适当的消息，以及在出错时终止程序的运行。我们还给出了本书中大多数例子所用的测试网络、主机、路由器以及它们的主机名、IP地址和操作系统。
如今讨论Unix时经常使用POSIX一词，它是一种被多数厂商采纳的标准。我们将介绍POSIX的历史以及它对本书所讲述的API的影响，并介绍该领域的其他主要标准。