网络编程（1）

1、网络编程

进程间通信仅局限于同一主机之间多个进程间通信方式，不能实现跨主机的通信方式。因此想要实现跨主机的通信方式，需引入套接字的通信方式。

2、网络的体系结构

2.1概念

每一层都有自己独立的分工，其它层不可获取
功能相近的协议组织放在一层，称为协议栈，所以每一层其实有多个协议
各层之间相互独立，每一层不需要知道下一层如何实现，只需要知道该层通过层间接口锁提供的服务
优点：稳定，灵活性好
易于实现和维护，只要知道那一层的功能，就能直接对指定层进行维护
结构上是不可分割的，各层之间都采用的最合适的技术来实现

2.1.1、OSI(七层)

面向应用--->应用层：FTP、E-mail、Telnet
面向服务：
表示层：数据格式定义、数据转换/加密
会话层：建立、管理、终止会话；提供同步点、会话恢复、单双工通信控制
面向通信：传输层--->差错处理/恢复，流量控制，提供可靠的数据传输
通信子网：
网络层：数据分组、路由选择
链路层：数据组成可发送、接收的帧
物理层：传输物理信号、接口。信号形式、速率

2.1.2 TCP\IP协议族的体系结构

一共是四层：应用层、传输层、网络层、链路层（网络接口层和物理）

应用层：Telnet、FTP、HTTP、DNS、SMTP等
传输层：TCP和UDP
网络层：IP、ICMP和IGMP
网络接口层和物理层：以太网、PPP、令牌环网、无线局域网等底层传输标准、涵盖链路与物理硬件等

2.1.3、两者对应关系

OSI	功能	TCP/IP协议族
应用层	文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端	TFTP、HTTP、SNMP、FTP、SMTP、DNS、Telnet
表示层	数据格式化、代码转换、数据加密	没有协议
会话层	建立、管理、断开通信会话，同步控制	没有协议
传输层	提供端对端的接口	TCP，UDP
网络层	为数据包选择路由	IP、ICMP、RIP、IGMP
数据链路层	传输有地址的帧以及错误检测功能	SLIP、PPP、ARP
物理层	以二进程数据形式在物理媒体上传输数据	RS232、ISO 物理接口规范

2.1.4、TCP\IP协议族中常见的协议

应用层 ：

HTTP：超文本传输协议。万维网的数据通信基础

FTP：文件传输协议。是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用TCP传输

TFTP：简单文件传输协议。是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用UDP传输

SMTP：简单邮件传输协议。一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议

传输层：

TCP：传输控制协议。是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

UDP：用户数据报协议。是一种无连接、不可靠、快速传输的传输层通信协议

网络层 ：

IP：网际互连协议。是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议

ICMP：互联网控制信息协议。用于在IP主机、路由器之间传递控制信息、ping命令使用的协议

IGMP：互联网组管理。是一个组播协议，用于主机和组播路由器之间的通信

链路层 ：

ARP：地址解析协议。通过IP地址获取对方mac地址

RARP：逆向地址解析协议。通过mac地址获取ip地址

3、TCP和UDP的区别

两者都是传输层的相关协议
对于TCP而言（稳定）
1、TCP提供了面向连接的、可靠的数据传输服务
2、传输过程中，能够保障数据无误、数据无丢失、数据无重复、数据无失序
TCP通信中会给每个数据包编上编号，该编号称为序列号
每个序列号都需要应打包应答，如果没有应答，则会将上面的数据包重复传输
3、TCP通信中，数据传输效率较低，耗费资源较多
4、数据收发是不同步的
为了提高传输效率，tcp通信中会将多个较小的，发送时间间隔较短的数据包，沾成一个数据包进行发
送，该现象称为沾包现象
5、TCP通信使用场景：对于传输质量要求较高的以及传输量较大的数据通信，在需要可靠传输信息的场合，一
般使用TCP通信
例如：账户和密码登录注册、大型文件的下载
对于UDP通信（快速）
1、提供面向无连接、不保证数据可靠传输、尽最大努力传输的协议
2、数据传输过程中，可能会出现数据丢失、重复、失序、乱序等现象
3、数据传输效率较高、实时性高
4、限制每次传输的数据大小，多出部分会直接被忽略删除
5、数据的收发是同步的，不会沾包
6、使用场景：发送小尺寸的，在收到数据后给出应答比较困难的情况下，采用udp通信
例如：广播、组播、通信软件的音视频传输

4、字节序的概念

字节序：计算机在存储多字节整数 时，根据主机的CPU处理结构不同，我们将主机分成大端存储 和小端存储。

大端存储：内存地址的低位存储的是数据的高位
小端存储：内存地址的低位存储的是数据的低位

网络字节序：规定都是大端存储的。无论发送端是大端存储还是小端存储，在传输多字节整数时，一律先转换为网络字节序。经由网络传输后，到达目的主机后，在转换为主机字节序即可

网络字节序和主机字节序之间相互转换的函数

c 复制代码

主机：host
网络：network
转换：to
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//将4字节整数主机字节序转换为网络字节序，参数
是主机字节序，返回值是网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);//将2字节整数主机字节序转换为网络字节序，参数
是主机字节序，返回值是网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);//将4字节整数的网络字节序转换为主机字节序，参数
是网络字节序，返回值是主机字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);//将2字节整数的网络字节序转换为主机字节序，参
数是网络字节序，返回值是主机字节序

何时使用网络字节序转换函数：在进行多字节整数网络传输时，需要使用字节序转换函数；在进行单字节整数传输时，不需要使用；在网络中传输字符串时，也不需要使用

5、ip地址

ip地址是主机在网络中的唯一标识，由两部分组成，分别是网络号和主机号。网络号：确定计算机所从属的网络。主机号：标识该设备在该网络中的一个编号
作用：在网络传输过程中，给网络传输载体添加必要的信息，指定源ip地址和目的ip地址，以便于找到目的主机
IP地址的分类
1、IPv4：是使用4字节的无符号整数表示的一个IP地址，取值范围【0,2^32-1】
2、IPv6：是使用16字节无符号整数表示的一个ip地址，取值范围【0， 2^128-1】
3、IPv6是不兼容IPv4的
地址划分：一共分为5类网络，分别是A类、B类、C类、D类、E类网络

网络类型	取值范围	网络号个数	主机号个数	用途
A类	1.0.0.0---126.255.255.255	2^7	2^24	大型国家级骨干网络
B类	128.0.0.0---191.255.255.255	2^14	2^16	中型企业、高校园区网
C类	192.0.0.0---223.255.255.255	2^21	2^8	家庭、小型公司、教室局域网
D类	224.0.0.0---239.255.255.255			组播IP
E类	240.0.0.0---255.255.255.255			保留，科研实验、特殊预留

5.2、特殊的IP地址

1、网络号 + 全为0的主机号：表示该网络，不分配给任何主机使用，例如：192.168.10.0

2、网络号 + 全为1的主机号：表示当前网络的广播地址，也不分配给任何主机使用，例如：192.168.10.255

3、网络号 + 主机号为1：默认表示网关，当然可以自己制定网关ip

4、127.0.0.0：本地环回ip，当没有网络时，用于测试当前主机的ip

5、0.0.0.0：表示当前局域网中的任意一个主机号

6、255.255.255.255：一般表示广播地址

5.3、点分十进制

点分十进制数据向4字节无符号整数转换的相关函数

c 复制代码

地址：address
网络：network
转换：to
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);//将点分十进制的ip地址转换为4字节无符号整数的网络字节序，参数时点分十进制数据，返回值时4字节无符号整数
char *inet_ntoa(struct in_addr in);//将4字节无符号整数的网络字节序，转换为点分十进制的字符串

6、端口号

作用：为了区分同一个主机之间的每个进程的，使用端口号来进行标识;概念：端口是是一个 2 字节的无符号整数表示的数字，取值范围【0， 65535】
为什么不使用进程号标识，而使用端口号:因为进程号是进程的唯一标识，当同一个应用程序，关闭再打开后，并不是同一个进程号了，但是是同一个应用程序，所以，端口号标识的是我们的应用程序，当一个应用程序关闭再打开后，端口号不变
引入端口号后，网络通信：ip 地址 + 端口号（ip地址可以在网络中，唯一确定对端的主机地址，通过端口号能够找到该主机中指定的对端应用程序）
端口号的分类：
1、0~1023 ：众所周知的 "VIP"端口号：被特殊的应用程序已经占用了的
2、1024 ~ 49151：用户可分配的端口号
3、49152~65535：动态分配或系统自动分配的端口号