一种基于Linux的TCP/IP编程实现文件传输实例

1 引言

Linux 是一种自由的Unix类多用户，多任务的操作系统，可在运行在Intel 80386及更高档次的PC机、ARMS、MIPS和PowerPC等多种计算机平台，已成为应用广泛、可靠性高、功能强大的计算机操作系统，Linux 具有内核小、效率高、源代码开放等优点，还内含了TCP/IP网络协议，很适合在服务器领域使用，而服务器主要用途之一就是进行网络通信，随着计算机办公自动化处理技术的应用与推广，网络的不断普及，传统的纸张式文件传输方式已经不再适合发展的需要，人们更期待一种便捷、高效、环保、安全的网络传输方式。

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本文就是考虑到这一现状，结合基于Linux操作系统下的TCP/IP网络通信原理，给出了一种基于TCP/IP编程实现文件传输的实例，因此，TCP/IP网络通信研究具有十分重要的意义。

2 TCP/IP协议概述

TCP/IP即传输控制协议/网络协议[1](Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，是一个由多种协议组成的协议族，他定义了计算机通过网络互相通信及协议族各层次之间通信的规范，图1描述了Linux对IP协议族的实现机制[2]。

Linux支持BSD的套接字和全部的TCP/IP协议，是通过网络协议将其视为一组相连的软件层来实现的，BSD套接字(BSD Socket)由通用的套接字管理软件支持，该软件是INET套接字层，用来管理基于IP的TCP与UDP端口到端口的互联问题，从协议分层来看，IP是网络层协议，TCP是一个可靠的端口到端口的传输层协议，他是利用IP层进行传接报文的，同时也是面向连接的，通过建立一条虚拟电路在不同的网路间传输报文，保证所传输报文的无丢失性和无重复性。用户数据报文协议(User Datagram Protocol，UDP)也是利用IP层传输报文，但他是一个非面向连接的传输层协议，利用IP层传输报文时，当目的方网际协议层收到IP报文后，必须识别出该报文所使用的上层协议(即传输层协议)，因此，在IP报头上中，设有一个"协议"域(Protocol)。通过该域的值，即可判明其上层协议类型，传输层与网络层在功能说的最大区别是前者提供进程通信能力，而后者则不能，在进程通信的意义上，网络通信的最终地址不仅仅是主机地址，还包括可以描述进程的某种标识符，为此，TCP/UDP提出了协议端口(Protocol Port)的概念，用于标识通信的进程，例如，Web服务器进程通常使用端口80，在/etc/services文件中有这些注册了的端口地址。

对于TCP传输，传输节点间先要建立连接，然后通过该连接传输已排好序的报文，以保证传输的正确性，IP层中的代码用于实现网际协议，这些代码将 IP头增加到传输数据中，同时也把收到的IP报文正确的传送到TCP层或UDP层。TCP是一个面向连接协议，而UDP则是一个非面向连接协议，当一个 UDP报文发送出去后，Linux并不知道也不去关心他是否成功地到达了目的的主机，IP层之下，是支持所有Linux网络应用的网络设备层，例如点到点协议(Point to Point Protocol，PPP)和以太网层。网络设备并非总代表物理设备，其中有一些(例如回送设备)则是纯粹的软件设备，网络设备与标准的Linux设备不同，他们不是通过Mknod命令创建的，必须是底层软件找到并进行了初始化之后，这些设备才被创建并可用。因此只有当启动了正确设置的以太网设备驱动程序的内核后，才会有/dev/eth0文件，ARP协议位于IP层和支持地址解析的协议层之间。

3 网络通信原理

所有的网络通信就其实现技术可以分为两种，线路交换和包交换，计算机网络一般采用包交换，TCP使用了包交换通信技术，计算机网络中所传输的数据，全部都以包(Packet)这个单位来发送，包由"报头"和"报文"组成，结构如图2所示，在"报头"中记载有发送主机地址，接收主机地址及与报文内容相关的信息等，在"报文"中记载有需要发送的数据，网络中的每个主机和路由器中都有一个路由寻址表，根据这个路由表，包就可以通过网络传送到相应的目的主机。

网络通信中的一个非常重要的概念就是套接字(Socket)[3，4]，简单地说，套接字就是网络进程的ID，网络通信归根到底是进程的通信，在网络中，每个节点有一个网络地址(即IP地址)，两个进程通信时，首先要确定各自所在网络节点的网络地址，但是，网络地址只能确定进程所在的计算机，而一台计算机上可能同时有多个网络进程，还不能确定到底是其中的哪个进程，由此套接字中还要有其他的信息，那就是端口号(Port)，在一台计算机中，一个端口一次只能分配给一个进程，即端口号与进程是一一对应的关系，所以，