网络编程1-基本概念、函数接口

一、网络基本概要

1、网络通信概念：

不同主机的进程间通信

2、IP地址：

概念：类似于就是网络中身份证 ---- 用来唯一的标识一台主机，由网络地址和主机号组成
- 便于记忆，利用点分十进制表示法（类似于192.168.1.1）
- 主机号为0的IP地址是网络地址，主机号为255的地址是广播地址

3、子网掩码：

概念：用来区分IP地址中的网络地址和主机地址，搭配IP地址使用
- 子网掩码1：对应IP地址的网络位
- 子网掩码0：对应IP地址的主机位

4、端口号：

概念：16位的数值0-65535
作用：唯一的标识一个进程，每一个应用的进程都有一个端口号，通讯时用来区分数据包属于哪个进程
分类
- 任何TCP/IP实现所提供的服务都用1-1023之间的端口号：
  - http:80 FTP:20/2 HTTPS: 443 TFPT: 69
- 端口号从1024-49151是被注册的端口号，被IANA指定为特殊服务使用
- 从49152-65535是动态或私有端口号
  - 所以代码调试时，常使用端口号50000的

5、网络配置：

ping IP地址/域名
- eg： ping www.baidu.com
ifconfig 查看当前操作系统中网卡信息
- ens33:虚拟机中的网卡
- lo:回环地址(127.0.0.1)
- inet:IPv4地址
- netmask:子网掩码
- broadcast:广播号
- inet6:IPv6地址
- ether:MAC地址

6、国际网络体系结构

OSI模型: open system interconnect 理论模型
- 应用层:要传输的数据信息，如文件传输，电子邮件等
- 表示层:数据加密，解密操作，压缩，解压缩
- 会话层:建立数据传输通道
- 传输层:传输的方式 UDP TCP 端口
- 网络层:实现数据路由路由器 ip
- 数据链路层:封装成帧，点对点通信（局域网内通信），差错检测交换机 ARP
- 物理层:定义物理设备标准，比如网线，光纤等传输介质比特流 bit 0 1
TCP/IP模型: 工业模型 4层
- 应用层:HTTP、HTTPS、FTP、TFTP、MQTT
- 传输层:TCP、UDP
- 网络层:IP
- 网络接口层:网络接口层既是传输数据的物理媒介，也可以为网络层提供一条准确无误的线
TCP模型：5层
- 应用层:HTTP、HTTPS、FTP、TFTP、MQTT
  - 传输层:TCP、UDP
  - 网络层:IP
  - 数据链路层:封装成帧，点对点通信（局域网内通信），差错检测交换机
  - 物理层:定义物理设备标准，比如网线，光纤等传输介质比特流 bit

7、基本协议：

应用层协议:
- FTP:文件传输协议(实现文件上传/下载)
- TFTP:简单文件传输协议(实现文件上传/下载)
- HTTP:超文本传输协议(实现超文本(集视频、图片、文字于一体的文件类型)传输)
- HTTPS:加密版超文本传输协议
- MQTT:消息队列遥测传输协议（物联网传输）
传输层协议:
- UDP:用户数据报协议
- TCP:传输控制协议

8、TCP与UDP协议

TCP（即传输控制协议）
- 特点：面向连接、可靠、字节流
- 注重于：可靠性、稳定性
- 实际应用：类似打电话
- 是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)
- 适用情况：
  - 适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。
  - 在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议
  - MSN/QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关的功能通常采用TCP协议
UDP（用户数据报协议）
- 特点：无连接、不可靠、数据报
- 注重于：实时性、效率高
- 实际应用：早期监控（似直播，有服务器接收）想要稳定（会借鉴tcp的协议，稳定性）
- 可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。
- 适用情况：
  - 发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）
  - 在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。（如：无
    线网络）
  - 适合于广播/组播式通信中。
  - MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通
    讯通常采用UDP协议
  - 流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP
    方式进行实时数据传输

二、函数接口

1、socket

原型：

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

头文件：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

功能：

创建一个套接字文件（用来通信的接口（文件描述符)）

参数：

domain：协议族/地址族(address family)

常用 $AF_INET$ 、 $AF_INET6$

typ：数据传输方式

常用 $SOCK_STREAM$ 、 $SOCK_DGRAM$

protocol：协议

通常为0，表示让系统自动选择最匹配的协议

返回值：

成功：返回socket对应的文件描述符(fd)

失败：返回-1

IPv4地址形式:
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 */
};

2、send

类似于write

函数原型：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,

const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能: 向socket中发送信息

参数: sockfd：要操作的socket

buf ：存放数据的空间

len ：buf的大小

flags ：指定读取信息的操作标志-MSG_DONTWAI

返回值:

成功返回实际发送字节数

失败返回-1

3、sendto

函数原型：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,

const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能:

向一个IP地址和端口发送数据信息

端口号:区分一台主机不同的应用程序(0 - 65535)

参数:

sockfd:套接字文件描述符

buf:发送数据空间首地址

len:发送数据的长度

flags:发送数据属性(默认为0)

dest_addr:目的IP地址和端口

addrlen:目的IP地址和端口的长度

返回值:

成功返回实际发送字节数

失败返回-1

4、recv

类似于read

函数原型：ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len , int flags);

功能：从socket中接收信息

参数： sockfd：要操作的socket

buf ：存放数据的空间

len ：buf的大小

flags ：指定读取信息的操作标志-MSG_DONTWAI

返回值：成功读取到的字节数

失败-1

5、recvfrom

函数原型： ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,

struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

功能：接收网络发送的数据信息

参数： sockfd:套接字文件描述符

buf:发送数据空间首地址

len:最大能够接收的数据个数

flags:属性默认为0

src_addr:存放发送端IP地址信息的空间首地址

addrlen:想要接收的数据长度的空间首地址

返回值：成功返回实际接收字节数

失败返回-1

具有阻塞功能(直到接收到数据,才会继续向下执行)

4、htons主机转网络字节序

主机：小端或者大端 ----host
网络：统一大端 ----network
- uint32_t htonl(uint32_t hostlong); 主机转网络
- uint16_t htons(uint16_t hostshort); 主机转网络
- uint32_t ntohl(uint32_t netlong); 网络转主机
- uint16_t ntohs (uint16_t netshort); 网络转主机
  - h:host、n:net、l:long、s:short

5、inet_addr与inet_ntoa

函数原型： in_addr_t inet_addr(const char *cp);

功能: 将字符串IP地址转换成二进制IP地址形式

cp 表示要用的ip地址的字符串 //点分十进制

函数原型： char *inet_ntoa(struct in_addr in);

功能：将二进制ip转换成字符串

5、bind

函数原型： int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

功能：将一个套接字与IP地址和端口号绑定(只能绑定自己的IP地址)

参数： sockfd:套接字文件描述符

addr:IP地址和端口号结构体首地址

addrlen:长度

返回值：成功返回0

失败返回-1

7、accept

函数原型： int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

功能：从监听的socket中提取连接请求,完成连接(三次握手)

返回已连接的一个新socket

参数： sockfd：监听的socket的fd

addr ：用来存放,客户端的地址信息

addrlen ：值结果参数

返回值：成功返回已连接的socket的fd //专门用于后面通信的

失败-1

注意: addrlen必须初始化，初始成 addr对应sockaddr_in 类型的大小

8、tcp客户端

socket

connect

9、tcp服务器

socket

bind

listen

connfd = accept()

练习

1、客户端实现收发功能（配合网络调试助手完成）

#include "../head.h"

int main(int arg,char const *argv\[\]) //主函数传参
{
char tmp $256$ = {"hello world"};

int fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (fd < 0)
{
perror("fail to socket");
return -1;
}
printf("fd = %d\n",fd);

struct sockaddr_in seraddr;
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(50000);
seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.161");

if (connect(fd,(const struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0)
{
perror("fail to connect");
return -1;
}

while (1)
{
fgets(tmp,sizeof(tmp),stdin);
tmp $strlen(tmp)-1$ = '\0';
if (0 == strcmp(tmp,".quit"))
{
break;
}
write(fd,tmp,strlen(tmp)+1);

}

close(fd);

return 0;
}

2、服务器实现实现收发功能（配合网络调试助手完成）

#include "../head.h"

int main(int argc,char const*argv\[\])
{
int fd = 0;

fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (fd < 0)
{
perror("fail to socket");
return -1;
}
printf("fd = %d\n",fd);
struct sockaddr_in seraddr;
bzero(&seraddr,sizeof(seraddr)); //初始化
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(50000);
seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.162");
if (bind(fd,(const struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr)) < 0)
{
perror("fail to bind");
return -1;
}

if (listen(fd,5) < 0)
{
perror("fail to listen");
return -1;
}
#if 0

int connfd = accept(fd,NULL,NULL);
if (connfd < 0 )
{
perror("fail to accept");
return -1;
}

write(connfd,"hello",6);
printf("----client connect---\n");
printf("-----连接成功-----\n");
#endif

struct sockaddr_in cliaddr;
bzero(&cliaddr,0);
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
int connfd = accept(fd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&len);
if (connfd < 0)
{
perror("accept fail");
return -1;
}

printf("----client connect---\n");
printf("client ip:%s\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr));
printf("port :%d\n",ntohs(cliaddr.sin_port));

return 0;
}