《9.linux网络编程实践》

转自 https://edu.csdn.net/lecturer/505 朱老师物联网大讲堂
《9.linux网络编程实践》

第一部分、章节目录
3.9.1.linux网络编程框架
3.9.2.TCP协议的学习1
3.9.3.TCP协议的学习2
3.9.4.socket编程接口介绍
3.9.5.IP地址格式转换函数实践
3.9.6.soekct实践编程1
3.9.7.soekct实践编程2
3.9.8.socket实践编程3
3.9.9.socket编程实践4

第二部分、章节介绍
3.9.1.linux网络编程框架
本节讲述网络编程的框架，分层思想和TCP/IP协议的介绍，BS架构和CS架构的介绍等。
3.9.2.TCP协议的学习1
本节详细介绍TCP协议的特点，其中重点讲述了TCP协议保证实现可靠传输的机制。
3.9.3.TCP协议的学习2
本节接上节继续讲解TCP协议，主要讲了TCP协议建立连接和关闭连接时的握手方法，最后讲了使用TCP来实现的常见应用层协议。
3.9.4.socket编程接口介绍
本节介绍linux API中与网络编程相关的接口函数，后面的实战编程中都要用到这些函数。
3.9.5.IP地址格式转换函数实践
本节通过代码实践来给大家演示IP地址格式转换的几个函数
3.9.6.soekct实践编程1
本节开始编写基于TCP的客户端和服务器连接通信程序
3.9.7.soekct实践编程2
本节接上节继续编写，并且已经实现客户端和服务器的连接。
3.9.8.socket实践编程3
本节实现客户端和服务器之间的任意发送和接收、反复发送接收等功能
3.9.9.socket编程实践4
本节通过定义一个简单的应用层协议，来向大家介绍TCP连接建立后如何通过应用层协议来实现业务逻辑。

第三部分、随堂记录
3.9.1.linux网络编程框架
3.9.1.1、网络是分层的
(1)OSI 7层模型
(2)网络为什么要分层
(3)网络分层的具体表现
3.9.1.2、TCP/IP协议引入
(1)TCP/IP协议是用的最多的网络协议实现
(2)TCP/IP分为4层，对应OSI的7层
(3)我们编程时最关注应用层，了解传输层，网际互联层和网络接入层不用管
3.9.1.3、BS和CS
(1)CS架构介绍（client server，客户端服务器架构）
(2)BS架构介绍（broswer server，浏览器服务器架构）

3.9.2.TCP协议的学习1
3.9.2.1、关于TCP理解的重点
(1)TCP协议工作在传输层，对上服务socket接口，对下调用IP层
(2)TCP协议面向连接，通信前必须先3次握手建立连接关系后才能开始通信。
(3)TCP协议提供可靠传输，不怕丢包、乱序等。
3.9.2.2、TCP如何保证可靠传输
(1)TCP在传输有效信息前要求通信双方必须先握手，建立连接才能通信
(2)TCP的接收方收到数据包后会ack给发送方，若发送方未收到ack会丢包重传
(3)TCP的有效数据内容会附带校验，以防止内容在传递过程中损坏
(4)TCP会根据网络带宽来自动调节适配速率（滑动窗口技术）
(5)发送方会给各分割报文编号，接收方会校验编号，一旦顺序错误即会重传。

3.9.3.TCP协议的学习2
3.9.3.1、TCP的三次握手
(1)建立连接需要三次握手
(2)建立连接的条件：服务器listen时客户端主动发起connect
3.9.3.2、TCP的四次握手
(3)关闭连接需要四次握手
(4)服务器或者客户端都可以主动发起关闭
注：这些握手协议已经封装在TCP协议内部，socket编程接口平时不用管
3.9.3.3、基于TCP通信的服务模式
(1)具有公网IP地址的服务器（或者使用动态IP地址映射技术）
(2)服务器端socket、bind、listen后处于监听状态
(3)客户端socket后，直接connect去发起连接。
(4)服务器收到并同意客户端接入后会建立TCP连接，然后双方开始收发数据，收发时是双向的，而且双方均可发起
(5)双方均可发起关闭连接
3.9.3.4、常见的使用了TCP协议的网络应用
(1)http、ftp
(2)QQ服务器
(3)mail服务器

3.9.4.socket编程接口介绍
3.9.4.1、建立连接
(1)socket。socket函数类似于open，用来打开一个网络连接，如果成功则返回一个网络文件描述符（int类型），之后我们操作这个网络连接都通过这个网络文件描述符。
(2)bind
(3)listen
(4)connect
3.9.4.3、发送和接收
(1)send和write
(2)recv和read
3.9.4.4、辅助性函数
(1)inet_aton、inet_addr、inet_ntoa
(2)inet_ntop、inet_pton
3.9.4.5、表示IP地址相关数据结构
(1)都定义在 netinet/in.h
(2)struct sockaddr，这个结构体是网络编程接口中用来表示一个IP地址的，注意这个IP地址是不区分IPv4和IPv6的（或者说是兼容IPv4和IPv6的）
(3)typedef uint32_t in_addr_t; 网络内部用来表示IP地址的类型
(4)struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
(5)

struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;                 /* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;            /* Internet address.  */

    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
                           __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
                           sizeof (in_port_t) -
                           sizeof (struct in_addr)];
  };

(6)struct sockaddr 这个结构体是linux的网络编程接口中用来表示IP地址的标准结构体，bind、connect等函数中都需要这个结构体，这个结构体是兼容IPV4和IPV6的。在实际编程中这个结构体会被一个struct sockaddr_in或者一个struct sockaddr_in6所填充。

3.9.5.IP地址格式转换函数实践
3.9.5.1、inet_addr、inet_ntoa、inet_aton
3.9.5.2、inet_pton、inet_ntop

#include 
#include 
#include 
#include 


#define IPADDR	"192.168.1.102"

// 0x66		01	a8		c0
// 102		1	168		192
// 网络字节序，其实就是大端模式


int main(void)
{
	struct in_addr addr = {0};
	char buf[50] = {0};
	
	addr.s_addr = 0x6703a8c0;
	
	inet_ntop(AF_INET, &addr, buf, sizeof(buf));

	printf("ip addr = %s.\n", buf);
	
	
/*	
	// 使用inet_pton来转换
	int ret = 0;
	struct in_addr addr = {0};
	
	ret = inet_pton(AF_INET, IPADDR, &addr);
	if (ret != 1)
	{
		printf("inet_pton error\n");
		return -1;
	}
	
	printf("addr = 0x%x.\n", addr.s_addr);
*/	
	
	/*
	in_addr_t addr = 0;
	
	addr = inet_addr(IPADDR);
	
	printf("addr = 0x%x.\n", addr);		// 0x6601a8c0
*/	
	return 0;
}

3.9.6_7.soekct实践编程1_2
3.9.6.1、服务器端程序编写
(1)socket
(2)bind
(3)listen
(4)accept，返回值是一个fd，accept正确返回就表示我们已经和前来连接我的客户端之间建立了一个TCP连接了，以后我们就要通过这个连接来和客户端进行读写操作，读写操作就需要一个fd，这个fd就由accept来返回了。
注意：socket返回的fd叫做监听fd，是用来监听客户端的，不能用来和任何客户端进行读写；accept返回的fd叫做连接fd，用来和连接那端的客户端程序进行读写。
3.9.6.2、客户端程序编写
(1)socket
(2)connect

概念：端口号，实质就是一个数字编号，用来在我们一台主机中（主机的操作系统中）唯一的标识一个能上网的进程。端口号和IP地址一起会被打包到当前进程发出或者接收到的每一个数据包中。每一个数据包将来在网络上传递的时候，内部都包含了发送方和接收方的信息（就是IP地址和端口号），所以IP地址和端口号这两个往往是打包在一起不分家的。

#include 
#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 



#define SERPORT		9003						//服务器需要端口号，而客户端不需要提供
#define SERADDR		"192.168.129.128"		// ifconfig看到的
#define BACKLOG		100


int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1, clifd = -1;
	socklen_t len = 0;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	char ipbuf[30] = {0};
	
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：bind绑定sockefd和当前电脑的ip地址&端口号
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址，inet_addr转换为网络字节序，解决数据的大小端问题
	ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success.\n");
	
	// 第三步：listen监听端口
	ret = listen(sockfd, BACKLOG);		
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	
	// 第四步：accept阻塞等待客户端接入
	clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
	printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", ret);
	
	return 0;
}

#include 
#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 


#define SERADDR		"192.168.129.128"		// 服务器开放给我们的IP地址和端口号
#define SERPORT		9003



int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	// 第1步：socket
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：connect链接服务器
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("connect result, ret = %d.\n", ret);
	
	
	return 0;
}

all:
	gcc server.c -o ser
	gcc client.c -o cli

clean:
	rm ser cli *.o

3.9.8.socket实践编程3
3.9.8.1、客户端发送&服务器接收
3.9.8.2、服务器发送&客户端接收
3.9.8.3、探讨：如何让服务器和客户端好好沟通
(1)客户端和服务器原则上都可以任意的发和收，但是实际上双方必须配合：client发的时候server就收，而server发的时候client就收
(2)必须了解到的一点：client和server之间的通信是异步的，这就是问题的根源
(3)解决方案：依靠应用层协议来解决。说白了就是我们server和client事先做好一系列的通信约定。

#include 
#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include 


#define SERADDR		"192.168.1.141"		// 服务器开放给我们的IP地址和端口号
#define SERPORT		9003


char sendbuf[100];



int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	// 第1步：socket
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：connect链接服务器
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("成功建立连接\n");

/*	
	// 建立连接之后就可以开始通信了
	strcpy(sendbuf, "hello world.");
	ret = send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
	printf("发送了%d个字符\n", ret);
*/
/*
	while (1)
	{
		printf("请输入要发送的内容\n");
		scanf("%s", sendbuf);
		//printf("刚才输入的是：%s\n", sendbuf);
		ret = send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
		printf("发送了%d个字符\n", ret);
	}
*/
	ret = recv(sockfd, sendbuf, sizeof(sendbuf), 0);
	printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
	printf("client发送过来的内容是：%s\n", sendbuf);
	
	
	return 0;
}

#include 
#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include 



#define SERPORT		9003
#define SERADDR		"192.168.1.141"		// ifconfig看到的
#define BACKLOG		100


char recvbuf[100];


int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1, clifd = -1;
	socklen_t len = 0;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	char ipbuf[30] = {0};
	
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：bind绑定sockefd和当前电脑的ip地址&端口号
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success.\n");
	
	// 第三步：listen监听端口
	ret = listen(sockfd, BACKLOG);		// 阻塞等待客户端来连接服务器
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	
	// 第四步：accept阻塞等待客户端接入
	clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
	printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", clifd);
	
/*	
	// 建立连接之后就可以通信了
	// 客户端给服务器发
	ret = recv(clifd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0);
	printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
	printf("client发送过来的内容是：%s\n", recvbuf);
*/

/*
	// 客户端反复给服务器发
	while (1)
	{
		ret = recv(clifd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0);
		//printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
		printf("client发送过来的内容是：%s\n", recvbuf);	
		memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
	}
*/
	// 服务器给客户端发
	strcpy(recvbuf, "hello world.");
	ret = send(clifd, recvbuf, strlen(recvbuf), 0);
	printf("发送了%d个字符\n", ret);

	
	return 0;
}

all:
	gcc server.c -o ser
	gcc client.c -o cli

clean:
	rm ser cli *.o -rf

3.9.9.socket编程实践4
3.9.9.1、自定义应用层协议第一步：规定发送和接收方法
(1)规定连接建立后由客户端主动向服务器发出1个请求数据包，然后服务器收到数据包后回复客户端一个回应数据包，这就是一个通信回合
(2)整个连接的通信就是由N多个回合组成的。

3.9.9.2、自定义应用层协议第二步：定义数据包格式
3.9.9.3、常用应用层协议：http、ftp······
3.9.9.4、UDP简介

#include 
#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include 


#define SERADDR		"192.168.1.141"		// 服务器开放给我们的IP地址和端口号
#define SERPORT		9003


char sendbuf[100];
char recvbuf[100];


#define CMD_REGISTER	1001	// 注册学生信息
#define CMD_CHECK		1002	// 检验学生信息
#define CMD_GETINFO		1003	// 获取学生信息

#define STAT_OK			30		// 回复ok
#define STAT_ERR		31		// 回复出错了


typedef struct commu
{
	char name[20];		// 学生姓名
	int age;			// 学生年龄
	int cmd;			// 命令码
	int stat;			// 状态信息，用来回复
}info;



int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	// 第1步：socket
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：connect链接服务器
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("成功建立连接\n");

/*
	while (1)
	{
		// 回合中第1步：客户端给服务器发送信息
		printf("请输入要发送的内容\n");
		scanf("%s", sendbuf);
		//printf("刚才输入的是：%s\n", sendbuf);
		ret = send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
		printf("发送了%d个字符\n", ret);
		
		// 回合中第2步：客户端接收服务器的回复
		memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
		ret = recv(sockfd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0);
		//printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
		printf("client发送过来的内容是：%s\n", recvbuf);

		// 回合中第3步：客户端解析服务器的回复，再做下一步定夺
		
	}
*/

	while (1)
	{
		// 回合中第1步：客户端给服务器发送信息
		info st1;
		printf("请输入学生姓名\n");
		scanf("%s", st1.name);
		printf("请输入学生年龄");
		scanf("%d", &st1.age);
		st1.cmd = CMD_REGISTER;
		//printf("刚才输入的是：%s\n", sendbuf);
		ret = send(sockfd, &st1, sizeof(info), 0);
		printf("发送了1个学生信息\n");
		
		// 回合中第2步：客户端接收服务器的回复
		memset(&st1, 0, sizeof(st1));
		ret = recv(sockfd, &st1, sizeof(st1), 0);
		
		// 回合中第3步：客户端解析服务器的回复，再做下一步定夺
		if (st1.stat == STAT_OK)
		{
			printf("注册学生信息成功\n");
		}
		else
		{
			printf("注册学生信息失败\n");
		}

	}



	return 0;
}

#include 
#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include 



#define SERPORT		9003
#define SERADDR		"192.168.1.141"		// ifconfig看到的
#define BACKLOG		100


char recvbuf[100];


#define CMD_REGISTER	1001	// 注册学生信息
#define CMD_CHECK		1002	// 检验学生信息
#define CMD_GETINFO		1003	// 获取学生信息

#define STAT_OK			30		// 回复ok
#define STAT_ERR		31		// 回复出错了

typedef struct commu
{
	char name[20];		// 学生姓名
	int age;			// 学生年龄
	int cmd;			// 命令码
	int stat;			// 状态信息，用来回复
}info;


int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1, clifd = -1;
	socklen_t len = 0;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	char ipbuf[30] = {0};
	
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：bind绑定sockefd和当前电脑的ip地址&端口号
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success.\n");
	
	// 第三步：listen监听端口
	ret = listen(sockfd, BACKLOG);		// 阻塞等待客户端来连接服务器
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	
	// 第四步：accept阻塞等待客户端接入
	clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
	printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", clifd);
	


	// 客户端反复给服务器发
	while (1)
	{
		info st;
		// 回合中第1步：服务器收
		ret = recv(clifd, &st, sizeof(info), 0);

		// 回合中第2步：服务器解析客户端数据包，然后干活，
		if (st.cmd == CMD_REGISTER)
		{
			printf("用户要注册学生信息\n");
			printf("学生姓名：%s，学生年龄：%d\n", st.name, st.age);
			// 在这里服务器要进行真正的注册动作，一般是插入数据库一条信息
			
			// 回合中第3步：回复客户端
			st.stat = STAT_OK;
			ret = send(clifd, &st, sizeof(info), 0);
		}
		
		if (st.cmd == CMD_CHECK)
		{
			
		}
		
		if (st.cmd == CMD_GETINFO)
		{
			
		}

	}

	return 0;
}

all:
	gcc server.c -o ser
	gcc client.c -o cli

clean:
	rm ser cli *.o -rf