Linux网络编程-----协议

1.协议

通信双方约定的一套标准

2.国际网络通信协议标准：

1.OSI协议：（过于冗余）

应用层发送的数据内容

表示层数据是否加密

会话层是否建立会话连接

传输层数据传输的方式

网络层数据的路由

数据链路层局域网内部通信

物理层物理介质的连接

2.TCP/IP协议模型：

应用层发送的数据内容

传输层数据传输的方式

网络层数据由一台主机到达另一台主机

网络接口层物理介质连接

1.应用层：

FTP 文件传输协议（基于TCP ）

TFTP 简单文件传输协议（基于UDP）

HTTP 超文本传输协议

HTTPS 安全超文本传输协议

SMTP 简单邮件传输协议

TELNET 网络终端登录协议（远程登录一台电脑）

DNS 域名系统

2.传输层：

TCP 传输控制协议（可以严格控制，建立好链接才发送）

UDP 用户数据报协议（目的地存在就发过去，不存在就丢失掉了）

UDP：不安全、不可靠的传输方式

UDP机制简单

UDP占用的资源开销比较小

TCP：安全、可靠的传输方式

TCP机制复杂

TCP占用的资源开销比较大

三次握手建立连接,确认双方能够通信

通信过程中保障数据传输的完整性

四次挥手断开连接,确保数据传输的完整

TCP：

1.三次握手，来确立链接成功

A---->B : SYN 请求应答信号。

B---->A : ACK+SYN 回复应答，并且请求应答。

A---->B ： ACK 回复应答。

2.通信中确保信号的完整

A--->B : PSH 发送数据

B---->A : ACK 收到信号，若是信号不完整，发剩下的信号

3.四次挥手告别

A---->B : FIN 请求终止。

B---->A : ACK 回复请求。

B---->A : 等待B给A发送完后也发起终止信号。

A---->B ： ACK 回复。

3. 网络层：

1. IPV4协议

8位，所以最多是2的8次方，范围就是 0~255，最大255，由于0，和1 特殊，所以最多可以用253个

1. IP地址

管理员IP地址形式：192.168.0.167

内存IP地址形式： 11000000.10101000.00000000.10100111

IP地址 = 网络位 + 主机位

网络位：IP地址所属的网段（局域网的编号）

主机位：局域网中的第几台主机

网段号：网络位不变，主机位全为0

广播号：网络位不变, 主机位全为1

子网掩码：每个IP地址都会搭配一个子网掩码,用来区分IP地址的网络位及主机位

子网掩码展开成二进制,1对应的部分就是IP地址的网络位,0对应的部分就是IP地址的主机位

192.168.0.167

255.255.255.0

11000000.10101000.00000000.10100111

11111111.11111111.11111111.00000000

192.168.0.0

192.168.0.255

2. IP地址的划分：

公有地址

私有地址

A类：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255

子网掩码：255.0.0.0

管理超大规模型网络

私有地址：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

B类：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

子网掩码：255.255.0.0

管理大中规模型网络

私有地址：172.16.0.0 - 172.31.255.255

C类：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

子网掩码：255.255.255.0

管理中小规模型网络

私有地址：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

D类：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

用于组播：255.255.255.0

E类：240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

用于实验和研究：255.255.255.0

3.MAC地址

：设备自带网卡的地址（该地址是唯一的）

4.端口号：

找到同一台主机不同的应用程序

3.设置虚拟机网络模式：

1.ifconfig

2.将虚拟机IP地址设置为桥接模式：

1.点击"虚拟机"

2.点击"设置"

3.选择"网络适配器"

4.点击"桥接模式"

5.点击"确定"

3.将虚拟机桥接到无线网卡上去

1.点击"编辑"

2.点击"虚拟网络编辑器"

3.点击"更改设置"

4.已桥接至选择无线网卡

5.点击"确定"

4.修改网卡配置文件

1.sudo vim /etc/network/interfaces

2.修改文件内容为：

auto lo

iface lo inet loopback

auto ens33

iface ens33 inet dhcp

3.保存退出

:wq

5.重启网络服务

sudo /etc/init.d/networking restart

6.测试与局域网内其余IP地址是否能够连通

ping 192.168.0.167

ping www.baidu.com

4.UDP编程：

1.套接字：

实现Linux系统下的网络通信

套接字：一次通信对象的抽象

2.socket

cpp 复制代码

 //1.创建用来通信的套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

int socket(int domain, int type, int protocol);

功能：

创建套接字

参数：

domain: AF_INET 表示IPV4协议

type:套接字类型

SOCK_STREAM：流式套接字

SOCK_DGRAM:数据报套接字

SOCK_RAW：原始套接字

protocol:

TCP和UDP协议：0

返回值：

成功返回用来通信的文件描述符

失败返回-1

3.sendto

cpp 复制代码

   //3.为目的地址赋值
    recvaddr.sin_family = AF_INET;                              //协议族
    recvaddr.sin_port = htons(30000);                           //端口号(将本地字节序转换为网络字节序)
    recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.171");      //IP地址(将字符串类型转换为二进制地址类型)

    //4.向目的地址发送数据
    nsize = sendto(sockfd, "hello world", 12, 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to sendto");
        return -1;
    }

    printf("发送成功!\n");

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,

const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能:

发送信息

参数:

sockfd:套接字文件描述符

buf:发送数据空间首地址

len:发送数据长度

flags:发送属性默认为0

dest_addr:目标地址存放空间首地址

addrlen:目的地址的长度

返回值:

成功返回发送字节数

失败返回-1

struct sockaddr_in {

sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */

in_port_t sin_port; /* port in network byte order */

struct in_addr sin_addr; /* internet address */

};

/* Internet address. */

struct in_addr {

uint32_t s_addr; /* address in network byte order */

};

如果sendto对应的套接字没有绑定端口，则sendto绑定一个随机端口完成发送功能

4.inet_addr

cpp 复制代码

 sendaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.171");

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

功能：

将字符串的IP地址转换为32位的地址类型

5.htons

cpp 复制代码

sendaddr.sin_port = htons(20000);

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

功能：

将本地字节序(小端)转换成网络大端字节序

6.bind

cpp 复制代码

 //2.将发送端套接字与IP地址和端口号绑定
    sendaddr.sin_family = AF_INET;
    sendaddr.sin_port = htons(20000);
    sendaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.171");
    ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&sendaddr, sizeof(sendaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to bind");
        return -1;
    }

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：

将套接字与IP地址和端口进行绑定

参数:

addr:绑定地址结构体空间首地址

addrlen:绑定地址空间大小

返回值：

成功返回0

失败返回-1

注意：

只能绑定自己的IP地址

7.recvfrom

cpp 复制代码

    //3.接收数据
    nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, NULL, NULL);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to recvfrom");
        return -1;
    }

    printf("接收内容: %s\n", tmpbuff);

cpp 复制代码

  
 socklen_t addrlen = sizeof(sendaddr);
nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff)+1, 0, (struct sockaddr *)&sendaddr, sizeof(sendaddr));
        if (-1 == nsize)
        {
            perror("fail to sendto");
            return -1;
        }

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,

struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

功能：

接收信息

参数：

sockfd：套接字文件描述符

buf：接收数据空间首地址

len：接收数据长度（是最多接收多少，不是实际接受多少，实际接受多少从返回值返回）

flags：接收的属性默认为0

src_addr：存放发送方地址空间的地址

addrlen: 要接收的发送方地址的长度

返回值：

成功返回实际接收字节数

失败返回-1

发送端流程：

1.创建用来通信的套接字------socket

2.将发送端套接字与IP地址和端口号绑定-------bind

3.为目的地址赋值-------htons,inet_addr

4.向目的地址发送数据-------sendto

5.关闭套接字------close

cpp 复制代码

#include "../head.h"

int main(void)
{
    int sockfd = 0;
    ssize_t nsize = 0;
    int ret = 0;
    struct sockaddr_in recvaddr;
    struct sockaddr_in sendaddr;

    //1.创建用来通信的套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }   

    //2.将发送端套接字与IP地址和端口号绑定
    sendaddr.sin_family = AF_INET;
    sendaddr.sin_port = htons(20000);
    sendaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.171");
    ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&sendaddr, sizeof(sendaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to bind");
        return -1;
    }

    //3.为目的地址赋值
    recvaddr.sin_family = AF_INET;                              //协议族
    recvaddr.sin_port = htons(30000);                           //端口号(将本地字节序转换为网络字节序)
    recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.171");      //IP地址(将字符串类型转换为二进制地址类型)

    //4.向目的地址发送数据
    nsize = sendto(sockfd, "hello world", 12, 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to sendto");
        return -1;
    }

    printf("发送成功!\n");

    //5.关闭套接字
    close(sockfd);  

    return 0;
}

接收端流程：

1.创建套接字

2.绑定IP和Port

3.接收信息

4.关闭套接字

cpp 复制代码

#include "../head.h"

int main(void)
{
    int ret = 0;
    int sockfd = 0;
    struct sockaddr_in recvaddr;
    char tmpbuff[4096] = {0};
    ssize_t nsize = 0;

    //1.创建套接字 
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

    //2.绑定IP和Port
    recvaddr.sin_family = AF_INET;
    recvaddr.sin_port = htons(30000);
    recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.171");
    ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to bind");
        return -1;
    }

    //3.接收数据
    nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, NULL, NULL);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to recvfrom");
        return -1;
    }

    printf("接收内容: %s\n", tmpbuff);

    close(sockfd);

    return 0;
}

cpp 复制代码

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#endif

作业：

1.自己实现发送端，从终端接收一个字符串发送给接收端

自己实现接收端，从网络中接收到一个字符串并打印

2.编写两个程序,一个发送端,一个接

发：

cpp 复制代码

#include "../head.h"

int main(void)
{
    char tmpbuff[1024] = {0};
    struct sockaddr_in recvaddr;
    ssize_t nsize = 0;

    //1.创建套接字
    int sockfd = 0;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        fgets(tmpbuff, sizeof(tmpbuff), stdin);
        tmpbuff[strlen(tmpbuff)-1] = '\0';

        recvaddr.sin_family = AF_INET;
        recvaddr.sin_port = htons(RECV_PORT);
        recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(RECV_IP);
        //2.发送信息 
        nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff)+1, 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
        if (-1 == nsize)
        {
            perror("fail to sendto");
            return -1;
        }

        nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, NULL, NULL);
        if (-1 == nsize)
        {
            perror("fail to recvfrom");
            return -1;
        }
        printf("RECV:%s\n", tmpbuff);
    } 

    //3.关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

收：

cpp 复制代码

#include "../head.h"

int main(void)
{
    //1.创建套接字
    int sockfd = 0;
    int ret = 0;
    char tmpbuff[1024] = {0};
    ssize_t nsize = 0;
    struct sockaddr_in recvaddr;
    struct sockaddr_in sendaddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(sendaddr);

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

    //2.绑定IP和端口
    recvaddr.sin_family = AF_INET;
    recvaddr.sin_port = htons(RECV_PORT);
    recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(RECV_IP);
    ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to bind");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        //3.接收数据
        nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, (struct sockaddr *)&sendaddr, &addrlen);
        if (-1 == nsize)
        {
            perror("fail to recvfrom");
            return -1;
        }

        printf("%s:%d->%s\n", inet_ntoa(sendaddr.sin_addr), ntohs(sendaddr.sin_port), tmpbuff);

        fgets(tmpbuff, sizeof(tmpbuff), stdin);
        tmpbuff[strlen(tmpbuff)-1] = '\0';
        nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff)+1, 0, (struct sockaddr *)&sendaddr, sizeof(sendaddr));
        if (-1 == nsize)
        {
            perror("fail to sendto");
            return -1;
        }
    }   

    //4.关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

5.TCP编程

发端: 收端:

socket socket

bind

listen

connect accept

send recv

recv send

close close

1.函数接口:

1.socket

cpp 复制代码

 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

UDP: socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

TCP: socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

2.listen

cpp 复制代码

 ret = listen(sockfd, 10);
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to listen");
        return -1;
    }

int listen(int sockfd, int backlog);

功能:

监听发送三次握手连接的套接字,并放入等到处理队列中

参数:

sockfd:套接字文件描述符

backlog:等待队列的大小(最多存放尚未被处理的三次握手请求的个数)

返回值:

成功返回0

失败返回-1

3.accept

cpp 复制代码

 confd = accept(sockfd, NULL, NULL);
    if (-1 == confd)
    {
        perror("fail to accept");
        return -1;
    }

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

功能：

处理等待队列中的第一个套接字

参数：

sockfd:套接字文件描述符

addr:存放发送方IP地址的空间首地址

addrlen：存放发送方IP地址的空间大小

返回值:

成功返回一个新的文件描述符（这个描述符是与接收端相对应的新的套接字）

失败返回-1

4.connect

cpp 复制代码

 ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to connect");
        return -1;
    }

    printf("连接成功\n");

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能:

向接收方发起连接请求

参数:

sockfd:套接字文件描述符

addr:接收方的IP地址和端口号

addrlen:接收方的IP地址和端口号的大小

返回值:

成功返回0

失败返回-1

5.send

cpp 复制代码

fgets(tmpbuff, sizeof(tmpbuff), stdin);
    tmpbuff[strlen(tmpbuff)-1] = '\0';
    nsize = send(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to send");
        return -1;
    }

    printf("发送成功!\n");

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

功能:

向接收方发送数据

参数:

sockfd:套接字文件描述符

buf:要发送的数据的首地址

len:要发送的数据的长度

flags:标志位

返回值：

成功返回发送字节数

失败返回-1

6.recv

cpp 复制代码

 memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
    nsize = recv(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to recv");
        return -1;
    }

    printf("实际接收 %ld个字节, 内容:%s\n", nsize, tmpbuff);

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

功能:

接收发送方发送的数据

参数:

sockfd:套接字文件描述符

buf:接收数据的缓冲区首地址

len:接收数据的缓冲区的大小

flags:标志位

返回值：

成功返回实际接收字节数

失败返回-1

对方关闭返回0

发送端流程：

1.创建用来通信的套接字------socket

2.给接收端（目的地）IP地址和端口号赋值

3.给目的地发送连接请求------connect

4.向目的地址发送数据-------send

5.接收目的地发来的数据-------recv

5.关闭套接字------close

cpp 复制代码

#include "../head.h"

int main(void)
{
    int sockfd = 0;
    int ret = 0;
    struct sockaddr_in recvaddr;
    char tmpbuff[4096] = {0};
    ssize_t nsize = 0;

    recvaddr.sin_family = AF_INET;
    recvaddr.sin_port = htons(RECV_PORT);
    recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(RECV_IP);

    //1.创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

    //2.发送连接请求
    ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to connect");
        return -1;
    }

    printf("连接成功\n");

    //3.发送数据
    fgets(tmpbuff, sizeof(tmpbuff), stdin);
    tmpbuff[strlen(tmpbuff)-1] = '\0';
    nsize = send(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to send");
        return -1;
    }

    printf("发送成功!\n");

    //4.接收数据
    memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
    nsize = recv(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to recv");
        return -1;
    }

    printf("实际接收 %ld个字节, 内容:%s\n", nsize, tmpbuff);

    //5.关闭
    close(sockfd);

    return 0;
}

接收端流程：

1.创建套接字 -----socket

2.给自己的IP和端口赋值

2.绑定套接字（只能绑定自己的）IP和Port -------bind

3.监听是否收到连接请求------listen

4.处理连接请求 ---------accept

5.接收数据---------recv

6.发送数据--------send

. 7.关闭俩个------confd和sockfd

cpp 复制代码

#include "../head.h"

int main(void)
{
    int sockfd = 0;
    int confd = 0;
    int ret = 0;
    char tmpbuff[4096] = {0};
    struct sockaddr_in recvaddr;
    ssize_t nsize = 0;

    recvaddr.sin_family = AF_INET;
    recvaddr.sin_port = htons(RECV_PORT);
    recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(RECV_IP);
    
    //1.创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (-1 == sockfd)
    {
        perror("fail to socket");
        return -1;
    }

    //2.绑定IP地址和端口号
    ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to bind");
        return -1;
    }

    //3.监听
    ret = listen(sockfd, 10);
    if (-1 == ret)
    {
        perror("fail to listen");
        return -1;
    }

    //4.处理连接请求
    confd = accept(sockfd, NULL, NULL);
    if (-1 == confd)
    {
        perror("fail to accept");
        return -1;
    }

    //5.收发
    nsize = recv(confd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to recv");
        return -1;
    }

    printf("RECV:%s\n", tmpbuff);

    memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
    fgets(tmpbuff, sizeof(tmpbuff), stdin);
    tmpbuff[strlen(tmpbuff)-1] = '\0';

    nsize = send(confd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0);
    if (-1 == nsize)
    {
        perror("fail to recv");
        return -1;
    }

    //6.关闭
    close(confd);
    close(sockfd);

    return 0;
}

sendto 和 send的比较：

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

这里send不需要写参数接收端的IP和端口信息是因为在之前就已经建立了连接。

recvfrom 和 recv的比较：

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

这里recv不需要写参数接收端的IP和端口信息是因为在之前就已经建立了连接。