嵌入式系统设计——网络编程

网络基础

为什么需要网络通信
进程间通信解决的是本机内通信
网络通信解决的是任意不同机器通信

实现网络通信需要哪些支持

通信设备

  • 网卡(PC机自带)
  • 路由器、交换机
  • 光纤、电缆、基站
  • 通信协议

操作系统自带协议栈

  • 裸机开发需要独立的协议栈
  • 简单网络通信只需要学会使用系统API

TCP/IP协议栈
OSI七层网络模型、LINUX四层网络模型
嵌入式系统设计——网络编程_第1张图片

协议栈为什么要分层

  • 各层之间是独立的
  • 灵活信号
  • 结构上可分割开
  • 易于实现和维护
  • 能促进标准化工作
  • 协议栈实现数据的压缩加密和解压加密

IP地址
实际上是32位二进制数
公网IP(广域网通信)

a类 1.0.0.1~126.255.255.254
b类 128.0.0.1~191.255.255.254
c类 192.0.0.1~223.255.255.254
d类 224.0.0.1—239.255.255.254组播,VRRP协议,keepalive高可用
e类 240.0.0.1—255.255.255.254 科研

私网IP(局域网通信)

A 10.0.0.0~10.255.255.255
B 172.16.0.0~172.31.255.255
C 192.168.0.0~192.168.255.255

子网掩码的作用

  • 决定一个网段的大小(可用ip的数量)
  • 同一个网段的ip地址,才能直接相互通信,不同网段的ip地址,需要路由器才能相互通信

DNS协议
域名解析,把域名解析成IP地址

ARP协议
把IP地址解析成mac地址(物理地址,全球唯一)(局域网通信必须通过MAC地址)

TCP协议:传输控制协议
特点:面向连接、可靠的字节流传输
TCP报文格式

  • 端口号
  • 序列号seq
  • TCP标识位
  • 滑动窗口机制
  • 校验方式
  • 数据大小

连接方式
建立连接:三次握手
断开连接:四次挥手
(原因:网络通信是全双工的)

UDP协议:用户数据报协议

无连接不可靠传输
UDP报文格式

  • 局域网
  • 广域网

协议特点

  • 无连接的:发送数据之前不需要建立连接,减少了开销和发送数据之前的延时
    尽最大努力交付:不保证可靠的交付,主机不需要维持复杂的链接状态表
  • 面向报文的:发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层
  • 没有拥堵控制
  • 支持一对一、多对一和多对多的交互通信

TCP VS UDP

嵌入式系统设计——网络编程_第2张图片

网络编程
C/S VS B/S
C/S:客户/服务器模式
B/S:浏览器/服务器模式
嵌入式系统设计——网络编程_第3张图片

套接字
作用:传输层的文件描述符

TCP的C/S实现(循环服务器模型)
TCP服务器实现过程

创建套接字:socket函数

  • 给套接字绑定ip地址和端口号:bind函数
  • 出现无法绑定——setsockopt函数
  • 将套接字文件描述符,从主动变为被动文件描述符(做监听准备):listen函数
  • 被动监听客户的连接并响应:accept函数
  • 服务器调用read(recv)和write(send),收发数据,实现与客户的通信
  • 调用close或者shutdown关闭TCP的连接
#include 
#include 
#include 
#include 
#include  
#include 

#define PORT 35171
int main()
{
    int cfd;
    int sockfd;
    int c_len;
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in s_addr;
    struct sockaddr_in c_addr;
    if((sockfd =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) <0)
    {
        perror("socket create error!");
        exit(1);
    }
    printf("socket  success!\n");
    int opt=1;
    setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
    bzero(&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(PORT);//字节序转换
    s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&s_addr),sizeof(struct sockaddr_in)) < 0)
    {
        perror("bind error!");
        exit(1);
    }
    printf("bind success!\n");
    if(listen(sockfd,3) < 0)
    {
        perror("listen error!");
        exit(1);
    }
    printf("listen success!\n");
    while(1)
{
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
     bzero(&c_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
     c_len = sizeof(struct sockaddr_in);
     printf("accepting.....\n");
     if((cfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&c_addr),&c_len))<0)
      {
        perror("accept error!");
        exit(1);
    }

    printf("port = %d  ip=%s\n",ntohs(c_addr.sin_port),inet_ntoa(c_addr.sin_addr));
    read(cfd,buffer,sizeof(buffer));
    printf("recv = %s\n",buffer);
    usleep(2);
    write(cfd,buffer,strlen(buffer));
}
    return 0;
}

TCP客户端实现过程

  • 用socket创建套接字文件,指定使用TCP协议
  • 调用connect主动向服务器发起三次握手,进行连接
  • 调用read(recv)和write(send)收发数据
  • 调用close或者shutdown关闭连接
#include 
#include 
#include 
#include 
#include  
#include 
#define PORT 35171

int main()
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in s_addr;

     if((sockfd =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) <0)
    {
        perror("socket create error!");
        exit(1);
    }
    printf("client socket  success!\n");
    bzero(&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(PORT);//字节序转换
    s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

   if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&s_addr),sizeof(struct sockaddr_in))<0) 
   {
        perror("connect error!");
        exit(1);
    }
    printf("connect  success!\n");

    write(sockfd,"hello world",12);

    char buffer[1024];
    read(sockfd,buffer,sizeof(buffer));
    printf("recv server:%s\n",buffer);
    return 0;
}

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