一、进程间通信方式回顾
1. 同一主机（单机内部通信）
传统方式：
-
管道：
-
有名管道（FIFO）
-
无名管道（pipe）
-
-
信号（signal）
IPC方式（System V IPC）：
-
共享内存（share memory）
-
信号量（semaphore）
-
消息队列（message queue）
2. 不同主机（网络通信）
- Socket（套接字）：用于不同主机之间的进程通信
二、网络通信核心问题
举例说明：
- 西安的 PC（QQ_A）←→ 成都的 PC（QQ_B）
需要解决两个核心问题：
-
找到对方的电脑 → 需要 IP 地址
-
找到电脑中的进程（QQ 程序）→ 需要 端口号（Port）
三、OSI 七层网络模型
OSI 七层模型（理想模型，尚未完全实现）：
四、TCP/IP 模型（实际工业标准）
五、Linux 系统中的网络层次对应关系
如何通过编程实现网络通信？
[用户空间] ←→ 应用层（应用程序）
------------------------------------ Socket 接口（套接字）
[内核空间] ←→ 传输层（TCP/UDP）
网络层（IP）
链路层（网卡驱动）
物理层（硬件）如何实现应用层代码？
- 通过 Socket 函数接口
六、Socket 编程基础
Socket 是什么？
-
socket() 是一个函数接口，用来使用网络功能
-
Linux 一切皆文件的思想：socket 也是一种特殊的文件，专门用来进行网络通信
网络编程两大协议：
-
基于 TCP 协议
-
基于 UDP 协议
七、TCP 协议
TCP（Transmit Control Protocol，传输控制协议）
类比：打电话
TCP 三大特点：
-
面向连接：通信前必须建立好逻辑通路
-
可靠传输（四个"无"）：
-
无丢失
-
无失序
-
无差错
-
无重复
-
-
字节流：有好处也有问题
TCP 三次握手（建立连接）：
客户端（Client） 服务器（Server）
1. ----- SYN（我要通话）----→
2. ←--- SYN+ACK（嗯，我知道了，你可以）----
3. ----- ACK（嗯，好的）----→TCP 应用场合：
-
对可靠性要求较高的场合
-
QQ、微信等软件的登录过程
八、UDP 协议
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）
类比：生活中的广播
UDP 三大特点：
-
无连接：数据发送时不需要建立连接
-
不保证可靠传输
-
数据报：一包一包发送
UDP 应用场合：
-
小数据量，但对速度要求较高
-
QQ 即时文本信息
-
语音通话
-
实时性要求较高的场合
-
-
广播、组播
- 电子教室（VNC 广播）
-
无线网络传输
九、网络编程模型
三种模型：
-
C/S 模型（Client/Server，客户端/服务器模型） --- 重点（本次学习的）
-
B/S 模型（Browser/Server，浏览器/服务器模型）
-
P2P 模型（Peer to Peer，点对点模型）
- 正在使用 P2P 加速技术
TCP C/S 通信模型（重点）
两个阶段：
-
建立连接（三次握手）
-
通信（数据收发）
十、TCP 客户端/服务器编程流程
客户端流程（主动方）：
1. socket() // 买个手机
2. bind() // 可选的，一般不绑定
3. connect() // 拨打电话
4. read() / write()
5. close()服务器端流程（被动方）：
1. socket() // 买个手机
2. bind() // 插 SIM 卡，绑定服务器地址信息
3. listen() // 待机，监听是否有客户端连接
4. accept() // 接听电话，处理客户端连接，完成连接建立
5. read() / write()
6. close()十一、Socket 函数
1. socket() 函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);功能： 创建通信的一端
参数：
-
@domain：地址族-
AF_UNIX, AF_LOCAL：本地通信 -
AF_INET：IPv4 互联网协议 -
AF_INET6：IPv6 互联网协议
-
-
@type：套接字类型-
SOCK_STREAM：流式套接字（TCP）-
提供有序、可靠、双向、基于连接的字节流
-
支持带外数据传输
-
-
SOCK_DGRAM：数据报套接字（UDP）- 支持数据报（无连接、不可靠、固定最大长度）
-
-
@protocol：协议类型-
TCP 协议
-
UDP 协议
-
填 0 表示使用默认协议
-
返回值：
-
成功：返回 socket 的文件描述符
-
失败：返回 -1，并设置 errno
2. connect() 函数（客户端）
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);功能： 发起连接请求（拨打电话）
参数：
-
@sockfd：使用的 socket 文件描述符 -
@addr：要通信的地址（对于客户端就是服务器的 IP + 端口） -
@addrlen：addr 参数地址的大小
返回值：
-
成功：0
-
失败：-1，并设置 errno
3. 地址结构 struct sockaddr_in
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // 地址族：AF_INET
in_port_t sin_port; // 端口号（网络字节序）
struct in_addr sin_addr; // IP 地址（网络字节序）
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; // IP 地址（网络字节序）
};十二、字节序（Byte Order）
大端 vs 小端
-
大端（Big Endian）：高字节存放在低地址
-
小端（Little Endian）：低字节存放在低地址（x86 架构）
-
网络字节序 ：采用大端字节序
字节序转换函数：
端口号转换：htons()
uint16_t htons(uint16_t hostshort);功能： 将主机字节序的端口号转换为网络字节序
IP 地址转换：inet_addr()
in_addr_t inet_addr(const char *cp);功能： 将点分十进制字符串形式的 IP 地址（如 "192.168.1.1"）转换为网络字节序的 IP 地址
IP 地址反向转换：inet_ntoa()
char *inet_ntoa(struct in_addr in);功能： 将网络字节序的 IP 地址转换为点分十进制字符串形式的 IP 地址
十三、IP 地址详解
IP 地址的本质：
-
在 IPv4 网络中，IP 地址是 32 位二进制数
-
采用大端字节序（网络字节序）
点分十进制表示法：
-
将 32 位二进制码划分为 4 个字节
-
每个字节转换为十进制数
-
字节之间用
.分隔 -
例如：
192.168.31.243- 二进制：
11000000.10101000.00011111.11110011
- 二进制：
IP 地址分类（IPv4）：
-
A 类
-
B 类
-
C 类
-
D 类
-
E 类
子网掩码（Subnet Mask）：
-
作用：
-
用来区分网络号
-
也可以获取主机号
-
十四、端口号（Port）
端口号的作用：
-
用来标识一个网络进程
-
在网络中找到主机后（IP），通过端口号找到主机中的进程
端口号的组成：
-
16 位数据（2 字节）
-
范围：0 ~ 65535
端口号分类：
-
1 ~ 1023：知名端口号（Well-known Ports）
-
80：HTTP
-
23：Telnet
-
21：FTP
-
-
1024 ~ 50000：系统注册端口（Registered Ports）
-
≥ 50000：动态端口（Dynamic/Private Ports）
网络进程唯一标识：
- IP 地址 + 端口号 = 网络中进程的唯一地址
十五、服务器端其他函数
4. bind() 函数（服务器）
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);功能： 给 socket 绑定一个名字（地址信息）
参数：
-
@sockfd：要绑定的 socket 文件描述符 -
@addr：绑定服务器自己的地址信息 -
@addrlen：服务器地址的大小
返回值：
-
成功：0
-
失败：-1，并设置 errno
5. listen() 函数（服务器）
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);功能： 将 socket 设置为监听套接字（被动套接字）
参数：
-
@sockfd：要设置的 socket -
@backlog：表示等待队列的大小
返回值：
-
成功：0
-
失败：-1，并设置 errno
6. accept() 函数（服务器）
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);功能：
-
从 listen 的等待队列中提取第一个连接请求
-
完成连接
-
同时创建一个新的 socket（表示已经连接好的 socket）
-
最终返回这个已连接好的 socket 的文件描述符
参数：
-
@sockfd：监听套接字的文件描述符 -
@addr：用来保存对端（客户端）的地址信息 -
@addrlen：值结果参数- 必须初始化：
sizeof(客户端地址类型)
- 必须初始化：
返回值：
-
成功：返回已连接好的 socket 的文件描述符
-
失败：返回 -1，并设置 errno
注意：
代码：
十六、客户端与服务器的 Socket 数量
-
客户端 ：只有 1 个 socket
-
服务器 ：有 2 个 socket
-
a. 监听 socket（用于接受连接）
-
b. 通信 socket（用于数据收发）
-
十七、练习
练习 1：客户端输入信息，服务器打印
客户端（client）：
1. socket()
2. connect()
3. while(1) {
fgets() // 从键盘获取输入
write(fd) // 发送给服务器
read(fd) // 接收服务器响应
}
4. close()服务器端（server）：
1. socket()
2. bind()
3. listen()
4. connfd = accept()
5. 通信：
while(1) {
read(connfd, buf, ...) // 读取客户端数据
printf("%s", buf) // 打印输出
// 可选：回显修改后的数据
char sbuf[1024];
sprintf(sbuf, "server+%s\n", buf);
write(connfd, sbuf);
}
6. close()
练习 2：点对点聊天（多进程版本）
客户端（client）：
1. socket()
2. connect()
3. fork()
if (pid > 0) {
// 父进程：发送消息
} else if (pid == 0) {
// 子进程：接收服务器消息
}
4. close()服务器端（server）：
1. socket()
2. bind()
3. listen()
4. connfd = accept()
5. fork()
if (pid > 0) {
// 父进程：发送消息
} else if (pid == 0) {
// 子进程：接收客户端消息
}
6. close()多任务分工：
-
任务1：专门负责发送消息
-
任务2：专门负责接收消息
练习 3：点对点聊天（多线程版本）
十八、总结
关键函数列表：
| 函数 | 用途 | 使用方 |
|---|---|---|
socket() |
创建套接字 | 双方 |
bind() |
绑定地址 | 服务器 |
listen() |
监听连接 | 服务器 |
accept() |
接受连接 | 服务器 |
connect() |
发起连接 | 客户端 |
read()/write() |
数据收发 | 双方 |
close() |
关闭连接 | 双方 |