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1、在一定程度上 人类的思维产生于 简单个体之间的相互作用,Marvin Minsky,第 三 讲 软件实体的交互基础,内 容,一、网络编程基本架构 二、软件互操作的基本架构 三、互操作协议 四、互操作接口定义 五、交互实体的查找,一、网络编程基本架构,1、TCP/IP 2、基于Socket的网络软件 3、直接基于Socket编程的不足,Application,Presentation,Transport,Network,Data link,Physical,Session,TCP, UDP,、TCP/IP,（1）ISO/OSI 参考模型 与TCP/IP的对照,ISO/OSI 参考模型,主机与网络
2、的连接： ethernet、token-ring,因特网层：IP,应用层： telnet、ftp、smtp、snmp、 dns、http、nntp,TCP/IP,0 Network Host,1 0 Network Host,1 1 0 Network Host,1 1 1 0 Multicast address,1 1 1 1 0 Reversed for future use,A B C D E,1.0.0.0 127.255.255.255,地址范围,128.0.0.0 191.255.255.255,192.0.0.0 223.255.255.255,224.0.0.0 239.255
3、.255.255,240.0.0.0 247.255.255.255,类,（2）IP：Internet Protocol,Vers. H.len Service type Total length,Identification Flags Fragment offset,data,Time to live Protocol Header checksum,Source IP address,Destination IP address,IP options (may be omitted) Padding,IP头,Service type,Precedence D T R unused,20
4、bytes,（3）TCP :Transmission Control Protocol TCP 为两个分布式的构件提供了双向的消息通信 UNIX 中的命令 rsh, rcp 及 rlogin 全部基于 TCP 它是一个可靠但较慢的协议 在客户服务器双方进行缓冲 以提高速度,TCP头格式,Source port,Destination port,Sequence number,Acknowledgement number,Checksum,Urgent pointer,Options (0 or more words),Data (optional),H.len,Code bits,Reserv
5、ed,Window size,UDP ： User Datagram Protocol 一个构件向另一个构件发送消息 另一个构件的标识包含在消息中 不可靠但快速的协议 消息长度固定 消息在接受方排队 UNIX rwho 命令基于UDP,2、基于Socket的网络软件,服务器,客户,创建,通信套接字,通常通过随机分配得到端口,等待连接套接字,通常对应于一个固定端口,连接请求,面向连接：,服务器,客户,Socket(),bind(),listen(),read(),close(),Socket(),connect(),write(),close(),处理请求,write(),read(),acce
6、pt(),阻塞，等待 客户连接,建立连接,请求服务,应答数据,面向非连接：,服务器,客户,Socket(),bind(),readfrom(),sendto(),close(),Socket(),bind(),sendto(),readfrom(),close(),处理请求,应答数据,请求服务,阻塞，等待 客户数据,3、直接基于Socket编程的不足,套接字的出现 促进了软件从单机环境向网络环境的发展 扩展了软件的应用范围 人们很快不满足于直接基于套接字的开发过程 基于套接字的开发方式较为繁琐 这种软件的排错十分困难 特别是当服务器端需要根据用户的不同请求内容区分不同的处理过程时,根本原因在于
7、基于套接字的交互层次较低 不同软件之间需要约定专门的消息格式、数据类型等,二、软件互操作的基本架构,为支持 应用层的某一实体使用另一实体 而制定的一套技术规范,互操作消息,客户端指代,互操作接口定义语言,互操作协议,网络基础设施,网络基础设施,互操作消息,服务器端指代,客户端程序,服务器端程序,互操作实现（以,RPC,为例）,实体查找方式,互操作规范,底层协议,决定,决定,软件互操作体系与人类交互过程的比较 底层协议提供了基本的通信基础 互操作消息是软件之间进行交互时所表述的语言 互操作协议是对这些语言的语法说明 互操作接口定义是软件之间的一种约定 接口定义语言是合约的撰写规则 实体查找方式是
8、交互双方建立联系的途径 包括白页、黄页、绿页等多种途径,1、 底层协议 底层协议是互操作协议所依赖的底层通信机制 目前最受重视的协议 是前面讲过的 TCP/IP协议 也可以是 ATM等其它协议,2、互操作协议 消息中关于字节序、数据表示等问题的解决方法 体现了通信双方之间关于消息的 数据格式 消息的类型 等的约定 类似的约定还有 服务器的管理 等等 所有这些约定 共同构成了互操作的高层协议 互操作协议一般独立于底层协议 即互操作协议可以向不同的底层协议进行映射 从而由不同的底层协议进行支持 互操作协议一般都比较烦琐 其实现由应用服务器开发者承担 应用系统的开发者在开发具体系统时 不必关心协议的
9、实现问题,3、互操作接口定义语言 客户指代主要完成上层代码（客户程序、服务器程序） 与底层代码（RPC API等）之间的“映射” 其参数传递、编排、服务器定位等功能完全 与应用系统具体的业务逻辑实现细节无关 因此 只要系统明确定义了服务器的接口 即可以产生与该接口对应的指代 接口定义语言（Interface Definition Language） 描述了 客户与服务器之间的接口,4、实体查找方式 实体查找方式主要是指服务器的定位 根据自己掌握的信息 客户如何才能查找到具体服务器 这实际上涉及 服务器端服务信息的发布 服务信息的管理等问题,现有互操作架构比较,通信消息 对于计算机的重要性 完全
10、类似于人类的言语对于人类的重要性 协议是 通信双方传输消息时必须遵守的规则的集合,Protocol: IP、 TCP、UDP、 IIOP、JRMP、SOAP FTP、HTTP、SMTP、SNMP,1、概念,三、互操作协议,对于互操作协议，尽管其发展的历史不长 但目前也已经有许多协议被设计、实现 例如：RPC协议、IIOP、JRMP、SOAP等等 与人类言语类似，它们的实现方式也十分丰富 可以建立在不同的底层协议之上 例如TCP/IP、HTTP、ATM等等 到目前为止，在互操作方面使用得最广泛的协议是IIOP 这主要得益于 CORBA的巨大成功 以及IIOP对异构平台的支持,所谓互操作协议要素是
11、指 设计一个互操作协议时必须考虑的主要问题 这些问题主要包括： 数据表示 消息格式 引用表示 等等 其它需要考虑的问题包括： 如何将协议映射到底层协议之上 如何管理连接过程 如何提高协议的效率 等等,2、互操作协议要素,在单机环境内，数据表示属于硬件层、语言层 而在网络环境下，调用参数必须经由网络进行传输 这意味着这些数据将变成一种字节流的形式 以便于参数（数据）在网络上传输 就产生了如何在网络传输上表示程序中的数据问题 数据表示是一种传输语法 描述各种数据类型在传输线路上 以字节流的形式表示出来的格式 ONC-RPC中使用的格式为外部数据表示 （XDR：eXternal Data Repre
12、sentation） 而CORBA中使用的格式为公共数据表示 （CDR：Common Data Representation）,（1）数据表示,底层协议 主要解决通信的 可行性 以及部分 可靠性 等问题 高层协议不同于底层协议的一个明显特征在于 高层协议带有一定的语义信息 几乎每种高层协议 都对消息进行分类 定义了多种不同类型的消息格式 对于互操作协议而言 一次调用通常至少包含请求与应答两种消息 消息的种类较为类似 但消息格式差异较大,（2）消息格式,互操作协议必须映射到底层协议上 方能得到实现 目前的互操作协议都定义协议一到多种向传输层的映射 例如 GIOP定义了向TCP/IP的映射：IIO
13、P SOAP主要定义了向HTTP的映射,（3）向底层协议的映射,2、协议比较,1）互操作开销不同 IIOP、JRMP使用二进制的字节流形式编排消息 （CDR、XDR） SOAP采用字符型的XML编排消息 SOAP消息要比IIOP、JRMP消息长得多 SOAP的编排开销大、占用内存空间大 2）表达能力不同 SOAP易于学习、易于开发、易于调试 SOAP不支持消息的批处理、对象引用、对象激活等特性 降低了SOAP的表达能力 并使得基于SOAP的交互受到限制 而IIOP、JRMP等则不存在这种限制,3）适应能力不同 IIOP、JRMP严重制约于防火墙 防火墙一般由两个路由器与一个应用程序网关构成 路
14、由器负责IP层的分组信息 列出可接受、禁止的源端和目标端等信息 应用程序网关在应用程序级进行控制 根据头信息字段、消息长度、消息内容等 决定传送还是丢弃消息 这是IIOP、JRMP的应用受到限制的核心因素之一 SOAP则基本不受其限制 4）适用环境不同 JRMP适用于使用JAVA的应用系统 IIOP、SOAP支持各种语言，因此适用面更广 IIOP适合于同一个防火墙内部之间的交互 而SOAP则适合于跨越防火墙的交互,1、概念,接口(Interface),四、互操作接口定义,应用编程接口（API） 对象接口 构件接口 抽象？实在？,模块通常由接口和实现两部分组成 模块的接口部分 刻画了各个模块是如
15、何耦合的 其他模块的设计者和使用者需要知道 模块的实现部分 是各个模块的内部事务 其他模块的设计者和使用者不需要知道,包含什么具体内容？（功能性、约束性） 利用什么形式描述？（接口定义语言）,含义解释,单机环境下的不同软件模块之间 主要定义模块的功能性（Functional）内容 类似于一个函数的映射过程 接口的功能性定义是对接口中各个操作调用方式的描述 操作 是由操作符标识的实体 指明了一个不可再分的服务原语 请求一个操作的动作被称为调用一个操作 对一个操作功能的描述由输入、输出两部分组成 也被称为一个基调（signature） 用于描述操作的输入、输出参数名称及类型,功能性（Functional）,网络环境下的不同软件模块的合作需要考虑的因素 不仅仅包含功能方面 还涉及分布性、可靠性、安全性等方面的因素 网络环境下的接口 除需要定义模块的功能性内容外 还需要定义模块的约束性内容 接口的约束性定义是指对功能以外特征的描述 简单的包括：例外处理、执行语义等 复杂一些的包括： （1）行为特征:用于描述操作的输出 通过对操作增加前置与后置条件而实现 （2）同步特征:用于描述分布性与并发性,约束性（Constraint）,2、接
