《Windows网络与通信程序设计（第3版）》——1.4　网络应用程序设计基础

本节书摘来自异步社区《Windows网络与通信程序设计（第3版）》一书中的第1章，第1.4节,作者：陈香凝 , 王烨阳 , 陈婷婷 , 张铮更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.4　网络应用程序设计基础

本节讲述网络应用程序设计的原则和网络程序开发环境的设置。

1.4.1　网络程序体系结构
在创建网络应用程序之前，首先要决定应用程序的体系结构。应用程序体系结构（application architecture）由应用程序开发者设计，它指定了在各种各样的终端系统上，应用程序是如何组织的。本节介绍现有的主要体系结构：客户机/服务器体系结构、P2P体系结构和这两种结构的混合。

1．客户机/服务器体系结构
在客户机/服务器体系结构中，有一个总是在运行的主机，称为服务器，它为来自其他许多称为客户的主机提供服务。客户主机可以随时打开和关闭。最通俗的例子就是Web应用程序：Web服务器总是打开的，等待客户端程序（如IE浏览器）的请求，通过向它们发送网页数据响应这些请求。客户机/服务器体系结构有如下两个特点：

（1）客户端程序之间并不直接交流信息，它们仅与服务器通信。

（2）服务器方有一个固定的、公开的地址，称为IP地址（后面要讨论）。

服务器有固定的地址，而且总是打开的，所以客户端程序才能通过向服务器地址发送封包与之进行通信。

2．P2P（Peer-to-Peer，点对点）体系结构
单纯的P2P体系结构中，不再有总是运行的服务器了，任意的两台主机对（称为peer）都可以直接相互通信。因为peer之间可以不经过特定的服务器通信，所以这个体系结构称为peer-to-peer，简写为P2P。在P2P结构中，不再需要任何机器总是打开的，也不再需要任何机器有固定的IP地址了。现在，网上有许多著名的P2P软件，如疯狂一时的BT、现今的eMule、倍受青睐的QQ等。

P2P体系结构的优点之一就是它的可伸缩性。例如，在P2P文件共享程序中，数万的peer也许会参与到其中，每个peer既作为服务器向其他peer提供资源，又作为客户端从其他peer下载文件。因此，每增加一个peer，不仅增加了对资源的需求，也增加了对资源的供给。

另一方面，P2P用户高度分散，它们难以管理。如，有一个重要的文件仅一个peer拥有，但是这个peer随时都有可能离开网络。

实际上，单纯使用P2P体系结构的程序很少，大都需要一个中心服务器来维护总体状态，初始化客户端之间的连接等，这可以算是两种体系结构的混合了。由于网络结构不同，防火墙设置各异，编程时还会遇到更多的问题，如如何穿过内网防火墙、如何穿过NAT等，后面会详细介绍。

1.4.2　网络程序通信实体
进程是通信的实体，它们在不同的终端系统上通过计算机网络来交流信息。发送进程创建消息，将之发送到网络，接收进程接收这些消息，发送响应。

1．客户和服务器进程
对于相互通信的两个进程，通常称一方为客户，另一方为服务器。在Web里，浏览器是客户进程，Web服务器是服务器进程。在P2P文件共享系统里，下载文件的peer称为客户，上传文件的peer称为服务器。下面给出客户和服务器进程的具体定义：

在一对进程的通信会话上下文中，初始化通信的进程称为客户，等待通信连接的进程称为服务器。

2．套接字（Socket）
从一个进程发送到另一个进程的任何消息都必须经过下层网络。进程从网络中接收数据，向网络发送数据都是通过它的套接字（Socket）来进行的。为了理解进程和套接字的关系，我们打个比方，进程好比是一个房子，套接字便是房子的门。当进程向其他主机中的进程发送消息时，它将消息推出门（套接字）进入网络。一旦消息到达目标主机，它穿过接收进程的门（套接字），传递给接收进程。所以，套接字便是主机内应用层和传输层的接口，也称为程序和网络间的API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）。本书在讲述用户模式网络程序设计时，使用的主要是Windows提供的套接字接口。

1.4.3　网络程序开发环境
为了便于直接使用Windows提供的网络编程接口，深入了解Windows系统网络组件的层次结构，本书主要使用Visual C++ 6.0作为编程工具。为了使用Windows 2000/XP操作系统的新特性，用户可以更新SDK工具。笔者在编写这本书时使用的是Microsoft Windows Server 2003 SP1 SDK，其下载地址是http://www.microsoft.com/msdownload/platformsdk/sdkupdate/。

下载SDK并安装后，还要对Visual C++开发环境进行设置。单击菜单“Tools/Options...”，弹出Options对话框，选择Directories选项卡，首先在“Show directories for:”下拉菜单中选择Include files，将新SDK中头文件的目录添加到“Directories:”列表中，并将其移动到最上方，如图1.8（左）所示，然后在“Show directories for:”下拉菜单中选择Library files，进行同样的设置，如图1.8（右）所示。

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在讲述内核网络组件开发时，还需要下载安装Windows DDK工具，后面再详细说明。

编写网络程序，调试工具是必不可少的，这里推荐使用免费工具Dbgview，它可以方便地同时显示内核模式和用户模式下的调试信息。