网络编程-网络基础

仙陨2024-08-20 20:58

IO进程: 进程和进程之间的通信 - 信号 信号量 消息队列 有名管道 无名管道 共享内存 套接字

套接字: 不同主机 不同操作系统之间的 进程通信

干什么: 实现无线

局域网：同一局域网下IP网段一致

IP地址

  1. IP地址 是 网络中的 主机的标识, 本质是二进制数字。

  2. IP采用 点分十进制 表示

3） IP分类： 分为 IPV4 和 IPV6 （IPV6表示的范围更广）

4） IP长度 32位 （IPV4） 64位（IPV6）

5） 每个数据包 必须要携带 目标 IP 和 源IP地址

二级划分

IP=网络号+主机号

网络号：表示是否再同一个网段内（主要是同一网段，网络号是一样的）

主机号：本网段内主机的id（主机号在同一网段下，是唯一的）

二级划分的分类

IP二级划分所表示的范围

|----|-----------------------------|----------------------|
| A类 | 0.0.0.0 - 127.255.255.255 | 大型网络 |
| B类 | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | 中型网络 : 管理 和 监督互联网的组织 |
| C类 | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | 小型网络：家用网络 ，教室网络 |
| D类 | 224.0.0.0 - 239.255.255.255 | 用于 UDP的组播通信 |
| E | 240.0.0.0 - 255.255.255.255 | 保密单位：实验室， 军方 |

特殊的IP地址

不能分配给主机使用的地址

网络地址：标识网络的起始地址，该地址不会分配到主机。（表示方式：主机号全为0的地址，为网络地址）

例： 192.168.50. 0 主机号为 0 代表 网络地址， 不会被主机分配

广播地址：用于给局域网下的所有主机发送数据使用，不会分配到主机（表示方式：主机号全为1的地址，为广播地址）

练习：

IP为192.168.1.0，同一网段最多可以连接多少个主机？

c类，最后8位为主机号，网络地址和广播地址不会被分配，256-2=254

子网掩码

作用：辅助标记IP的网络号和主机号（更快的去区分网络和主机号）

特点：网络号全置为1，主机号全部置为0

练习：

子网掩码为 255.255.255.0, 该网段最多可以容纳多少台主机

c类，最后8位为主机号，网络地址和广播地址不会被分配，256-2=254

三级划分

作用：在二级划分的基础上，再次划分，提高IP的利用率

IP=网络号+子网号+主机号

子网号：从主机号中划分出几位，充当网络号。

练习：

  1. 已知一个子网掩码号为255.255.255.192，问，最多可以连接多少台主机？

C类 255.255.255.0 - 》三级划分 -》 192 -》 1100 0000

根据子网掩码特点： 主机号全为 0

0 - 63 -》 64 -》 去掉网络地址 和 主机地址 -》 62

  1. 有两台电脑主机,在最少浪费IP地址的情况下.将172.16.14.4与172.16.13.2划归为同一网段,子网掩码应该设置为

14： 0000 11 10 255.255.252.0

13： 0000 11 01

  1. 已知IP： 192.168.50.183， 子网掩码： 255.255.255.128, 问该IP的网段为多少？

192.168.50.183 1100 0000.1010 1000. 0011 0010. 1 011 0111

子网掩码： 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 1 000 0000

193.168.50.128

  1. 通过子网掩码 255.255.255.128 该子网掩码可以划分几个子网网段？

C类 -》 1 000 0000 >> 两个子网网段

0

1

2

  1. 某公司有四个部门：行政、研发1、研发2、营销，每个部门各30台计算机接入公司局域网交换机，在192.168.1.0网

段内为每个部门划分子网，子网掩码应该怎么设置，每个子网的地址范围分别是什么？（4个部门之间不能通信）

255.255.255.192

范围：

192.168.1.0-192.168.1.63

192.168.1.128-192.168.1.192

等（自己算）

网络模型

网络模型采用分层的方式，每层实现不同的功能

网络中的数据包的传输流程

osI和TCP/IP的模型对应图

UDP和TCP

相同点：都属于传输层协议，都是全双工的通信

TCP-传输控制协议

该协议是一种高可靠性的有连接的协议

TCP容易粘包

*可靠性的评判标准:

数据无丢失, 数据无失误, 数据无失序, 数据无重复到达

TCP为什么具有高可靠性（ 重点 ）

三次握手和四次挥手机制

序列号和应答号机制

超时/错误重传机制

拥堵和流量控制机制

TCP的应用场景

对于传输质量要求较高的场合，以及大量数据传输的场合。

UDP-用户数据报协议

该协议是一种不可靠的无连接的协议

UDP是一种容易造成丢包的协议，不保证数据的完整性

UDP的应用场景

应答较为困难的网络中可以使用UDP。

socket套接字

什么是socket

  1. socket是一个编程接口
  2. socket是一个特殊的文件描述符
  3. socket是一种通信机制
  4. 一套用于建立连接的数字

socket的类型

流式套接字（SOCK_STREAM）对应协议-TCP

特点：面向连接，可靠性高的数据传输服务

数据报套接字（SOCK_DGRAM）对应协议-UDP

特点：无连接的，不可靠的数据传输服务

原始套接字（SOCK_RAM）

特点：较低层次的协议，例入ICMP中使用

socket的功能

socket可以在计算机中创建两个缓存区，一个是发送缓存区，一个是接收缓存区。

端口号

为了区分一台主机接收到的数据包，应该交给那个进程来处理

端口号的长度：2byte（IP长度为4byte）

众所周知端口(被占用): 0~1023（1~255之间为众所周知端口，通常由UNIX系统占用）

比如 文件传输端口 TFTP 端口号为 69

已登记端口：1024~49151 (---- 可用来建立与其它主机的会话**----)**

动态或私有端口：49152~65535--固定某些服务使用--

字节序

字节序：不同类型的CPU主机，内存存储大于一个字节类型的数据，在内存中的存放顺序

分类：

主机字节序（小端）：地址低位存放数据低位，地址高位存放数据高位

网络字节序（大端）：地址高位存放数据低位，地址地位存放数据高位

在主机上的字节序一般都为主机字节序。在网络中传输的数据，大于一个字节的数据类型，必须转换为网络字节序

端口号转换专用接口

复制代码 
头文件: #include<arpa/inet.h>
原型：  u_long htonl (u_long hostlong)     u_short htons (u_short short)
//端口号一般为 1024 - 49151， 两个字节足够，基本不需要long
功能： 主机字节序的端口 转 网络字节序 
           
原型：  u_long ntohl (u_long hostlong);   u_short ntohs (u_short short);
功能： 网络字节序的端口 转 主机字节序

IP转换专用接口

复制代码 
 in_addr_t  inet_addr(const char *strptr);
头文件:   #include<sys/socket.h>   #include<netinet/in.h>    #include<arpa/inet.h>
原型：       //该参数是字符串
功能:    主机字节序(点分十进制形式的IP) 转为网络字节序
参数:     const char *strptr: 字符串

       typedef uint32_t in_addr_t;  （通过vi -t 追一下）
            struct in_addr { 
                        in_addr_t   s_addr;
            }; 
返回值: 返回一个无符号长整型数(无符号32位整数用十六进制表示), 
            否则NULL

char *inet_ntoa(struct in_addr in);
头文件 :   #include <arpa/inet.h>  #include<sys/socket.h>  #include<netinet/in.h>              
功能:    将网络字节序二进制地址转换成主机字节序。 
参数:     stuct in_addr in addr  : 只需传入一个结构体变量，该变量代表IP
返回值:  返回一个字符指针, 否则NULL;

TCP编程

socket创建套接字

复制代码 
函数原型:
int socket(int domain, int type, int protocol);

调用形式：
socket（协议族，套接字类型，0）；

参数domain：协议族
参数type：套接字类型
参数protocol：传0，表示根据第二个参数自动匹配协议

返回值：创建成功返回sockfd描述符（0->标准输入，1->标准输出，2->标准错误，3->自定义创建的socket）
        创建失败返回-1，更新errno

bind绑定套接字

vi -t ：查询数据类型的shell指令

复制代码 
函数原型：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
头文件： #include<sys/types.h>  #include<sys/socket.h> 
         #include<netinet/in.h>  #include<netinet/ip.h>

功能：绑定 IP 和 port

参数：
    sockfd：套接字
    addr：用于通信结构体 (提供的是通用结构体，需要根据选择通信方式，填充对应结构体-通信当时socket第一个参数确定,需要强转)
         (结构体之间的强转,不可以直接使用普通数据类型强转,因为结构体字节对齐原则,具体大小不一致,会数据丢失,所以可使用结构体指针,对结构体地址进行强转)   
    addrlen：结构体大小   
    
返回值：成功 0   失败-1,更新errno
  
 通用结构体：
  struct sockaddr {
     sa_family_t  sa_family;
     char        sa_data[14];
 }

ipv4通信结构体：
struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family;  ----协议族
    in_port_t      sin_port;   ----端口
    struct in_addr sin_addr;     ----ip结构体
};
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     --ip地址
};

listen监听

复制代码 
int listen(int sockfd, int backlog);
功能:监听，将主动套接字变为被动套接字
参数：
 sockfd：套接字
 backlog：等待连接队列中,客户端请求链接的最大个数，不能写0.
        一般写6-8个

返回值：成功 0   失败-1,更新errno

accept阻塞等待连接

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

功能：阻塞函数，阻塞等待客户端的连接请求，如果有客户端连接，
             则accept()函数返回，返回一个用于通信的套接字文件;
参数：
   Sockfd ：套接字
   addr： 链接客户端的ip和端口号
      如果不需要关心具体是哪一个客户端，那么可以填NULL;
   addrlen：结构体的大小
     如果不需要关心具体是哪一个客户端，那么可以填NULL;
返回值： 
     成功：通信的文件描述符; 
     失败：-1，更新errno新errno

recv接收数据

复制代码 
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能: 接收数据 
参数： 
    sockfd： acceptfd ;
    buf  存放位置
    len  大小
    flags  一般填0
             MSG_DONTWAIT  非阻塞
返回值： 
   < 0  失败出错  更新errno
   ==0  表示客户端退出
   >0   成功接收的字节个数

练习

  1. 服务器可以循环接收客户端的数据；

  2. 当客户端退出后， 服务器阻塞等待下一个客户端的连接，而后继续通信；

  3. 当有客户端连接时， 服务器端 打印客户端的IP 和 Port信息；

  4. 将代码的 send 和 recv 改为 write 和 read， 测试一下效果；

  5. 利用argv[ ] 采用终端输入的方式， 输入IP 和 Port ，从而bind绑定;

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

    typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
    typedef struct sockaddr addr_t;
    typedef struct sockaddr_un addr_un_t;
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
    while(1)
    {
    //创建套接字
    //AF_INET---ipv4协议族
    //SOCK_STREAM---流式套接字（TCP）
    //0---根据第二个参数自动匹配协议
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd<0)
    {
    perror("socket is err");
    return -1;
    }

    复制代码 
     	//bind绑定套接字
 	struct sockaddr_in saddr;
 	saddr.sin_family = AF_INET;
 	//将主机字节序的端口号转换为网络字节序
 	int port;
 	char p[128]={0};
 	printf("请输入Port：");
 	scanf("%d",&port);
 	printf("请输入IP：");
 	scanf("%s",p);
 	saddr.sin_port = htons(port);
 	saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(p);


 	//绑定填充的结构体属性到sockfd套接字上
 	int bindfd = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));
 	if(bindfd<0)
 	{
 		perror("bind is err");
 		//return -1;
 	}
 	printf("%ld %ld\n",sizeof(saddr),sizeof(struct sockaddr_in));

 	//listen监听 创建监听队列
 	int listenfd = listen(sockfd,5);
 	if(listenfd < 0)
 	{
 		perror("listen is err");
 		return -1;
 	}

 	//建立通信
 	//如果没有客服端链接，accept回阻塞等待客户端链接
 	//第二个参数用于获取来链接的客服端的信息
 	//返回值为一个进行通信的文件描述符
 	printf("accept.......\n");	
 	struct sockaddr_in aaddr;
 	int len = sizeof(aaddr);
 	aaddr.sin_family = AF_INET;
 	//int acceptfd = accept(sockfd,NULL,NULL);	
 	int acceptfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&aaddr,&len);	
 	int kfport = ntohs(aaddr.sin_port);
 	char* kfip = inet_ntoa(aaddr.sin_addr);
 	printf("客服端端口：%d\n客服端IP为：%s\n",kfport,kfip);
 	if(acceptfd < 0)
 	{
 		perror("accept id err");
 	char buf[128]={0};
 		return -1;
 	}

 	//接收数据
 	//accept是建立通信的文件描述符（不能用sockfd）
 	//第四个参数常用0和MSG_NOWAIT
 	//0---表示阻塞，如果没有数据接收，则阻塞等待
 	//MSG_NOWAIT---表示非阻塞
 	while(1)
 	{
 		char buf[128]={0};
 		int recfd = recv(acceptfd,buf,sizeof(buf),0);
 		if(recfd < 0)
 		{
 			perror("recv is err");
 			return -1;
 		}
 		else if(recfd == 0)
 		{
 			printf("client is exit\n");
 			break;
 		}
 		else
 		{
 			printf("client输入的数据为:%s\n",buf);
 		}
 	}

 	close(sockfd);
 	close(acceptfd);
 }
 return 0;

    }

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