OSI模型七层结构
open systems interconnection
由高级到低级依次为:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层、物理层
TCP/IP协议族的体系结构
一共有四层由高到低依次为:应用层、传输层、网络层、网络接口和物理层
TCP和UDP协议
TCP(即传输控制协议):是一种面向连接的传输层协议,它是提供高可靠性通信(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)
UDP(即用户数据报协议):是不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
TCP/IP网络编程预备知识:socket、IP地址、端口号、字节序
1、socket:是一个程序接口,是一种特殊的文件描述符。在OSI模型中,主要位于会话层和传输层之间。
socket类型:流式套接字(SOCK_STREAM) 用于TCP
数据报套接字(SOCK_DGRAM)用于UDP
原始套接字(SOCK_RAW)可以对较低层协议如IP、ICMP直接访问
2、IP地址:IP地址是Internet中主机的标识
表示形式:常用点分十进制形式,如192.168.1.66,最后都要转换为一个32位的无符号整数
IP地址的转换:
发送 inet_aton()和inet_addr()都是将strptr所指的字符串转换成32位的网络字节序二进制值。in_addr_t inet_addr(const char *strptr);
接收 inet_nota()将32位网络字节序二进制地址转换成点分十进制的字符串。 char *inet_ntoa(stuct in_addr inaddr);
3、端口号:为了区分一台主机接收到的数据包应该转交给哪个进程来进行处理,使用端口号来区别。
tcp和udp端口号独立
网络进程标识三元组:ip 、port 、协议(TCP UDP)
打个比喻:如果把网络数据包的投递过程看成是给远方的一位朋友寄一封信,那么:IP地址就是这位朋友的所在地址,端口号就是这位朋友的名字。
4、字节序
网络字节序:使用同一的字节顺序,避免兼容性的问题。是大端
小端是字节的地位放在低地址。
字节序转换函数:主机字节序到网络字节序 u_long htonl(u_long hostlong); u_short htons (u_short short);
网络字节序到主机字节序u_long ntohl(u_long hostlong); u_short ntohs(u_short short);
网络编程的相关函数介绍
Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的.网络程序通过socket和其它几个函数的调用,
会返回一个 通讯的文件描述符,我们可以将这个描述符看成普通的文件的描述符来操作,这就是linux的设备无关性的好处.
我们可以通过向描述符读写操作实现网络之间的数据交流.
(一)socket
int socket(int domain, int type,int protocol)
domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等).
AF_UNIX只能够用于单一的Unix 系统进程间通信,
而AF_INET是针对Internet的,因而可以允许在远程
主机之间通信(当我们 man socket时发现 domain可选项是 PF_*而不是AF_*,因为glibc是posix的实现所以用PF代替了AF,
不过我们都可以使用的).
type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等)
SOCK_STREAM表明我们用的是TCP 协议,这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流.
SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议,这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.
protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了 socket为网络通讯做基本的准备.
成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看errno可知道出错的详细情况.
(二)bind
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)
sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.
addrlen:是sockaddr结构的长度.
my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在中有 sockaddr的定义
struct sockaddr{
unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};
不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sockaddr_in) 来代替.在中有sockaddr_in的定义
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
}
我们主要使用Internet所以
sin_family一般为AF_INET,
sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,
sin_port是我们要监听的端口号.sin_zero[8]是用来填充的.
bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回0,失败的情况和socket一样
(三)listen
int listen(int sockfd,int backlog)
sockfd:是bind后的文件描述符.
backlog:设置请求排队的最大长度.当有多个客户端程序和服务端相连时, 使用这个表示可以介绍的排队长度.
listen函数将bind的文件描述符变为监听套接字.返回的情况和bind一样.
(四)accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)
sockfd:是listen后的文件描述符.
addr,addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了. bind,listen和accept是服务器端用的函数,
accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个 客户程序发出了连接. accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,
这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1
(五)connect
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)
sockfd:socket返回的文件描述符.
serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址
addrlen:serv_addr的长度
connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符 失败时返回-1.
TCP服务器/客户端
TCP服务器端流程 : socket->填充地址->bind->listen->accept->send/recv->close
TCP客户端流程 :socket->bind(可选)->connect->send/recv->close
UDP服务器/客户端
UDP服务器端流程 : socket->bind->recvfrom->sendto
UDP客户端流程 : socket->bind(可选)->sendto->recvfrom
例:聊天室
server.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define N 128
#define L 1
#define B 2
#define Q 3
typedef struct{
int type;
char name[N];
char data[N];
}MSG;
typedef struct node{
struct sockaddr_in addr;
struct node *next;
}listnode, *linklist;
typedef struct sockaddr SA;
linklist linklist_create();
void process_login(int sockfd, linklist H, struct sockaddr_in cli_addr, MSG *msg);
void process_chat(int sockfd, linklist H, struct sockaddr_in cli_addr, MSG *msg);
void process_quit(int sockfd, linklist H, struct sockaddr_in cli_addr, MSG *msg);
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in ser_addr, cli_addr;
if(argc != 3)
{
printf("plz input %s
exit(-1);
}
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
bzero(&ser_addr, sizeof(ser_addr));
ser_addr.sin_family = AF_INET;
ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
ser_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if(bind(sockfd, (SA *)&ser_addr, sizeof(ser_addr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(-1);
}
pid_t pid;
MSG msg;
if((pid = fork()) < 0)
{
perror("fork");
exit(-1);
}
else if(pid == 0)//child sendto
{
msg.type = B;
strcpy(msg.name, "server");
while(1)
{
printf(">");
fgets(msg.data, N, stdin);
msg.data[strlen(msg.data) - 1] = '\0';
sendto(sockfd, &msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&ser_addr, sizeof(ser_addr));
}
}
else //parent recvfrom
{
linklist H = linklist_create();
socklen_t len = sizeof(cli_addr);
while(1)
{
recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&cli_addr, &len);//MSG type : L B Q name data : chat
printf("type = %d, name = %s, data = %s\n", msg.type, msg.name, msg.data);
switch (msg.type)
{
case L:
process_login(sockfd, H, cli_addr, &msg);
break;
case B:
process_chat(sockfd, H, cli_addr, &msg);
break;
case Q:
process_quit(sockfd, H, cli_addr, &msg);
}
}
}
close(sockfd);
return 0;
}
linklist linklist_create()
{
linklist H;
H = (linklist)malloc(sizeof(listnode));
H->next = NULL;
return H;
}
/**/
void process_login(int sockfd, linklist H, struct sockaddr_in cli_addr, MSG *msg)
{
linklist p = H->next;
//XXXX login
sprintf(msg->data, "%s login", msg->name);
while(p)
{
sendto(sockfd, msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&p->addr, sizeof(p->addr));
p = p->next;
}
p = (linklist)malloc(sizeof(listnode));
p->next = H->next;
H->next = p;
p->addr = cli_addr;
return;
}
void process_chat(int sockfd, linklist H, struct sockaddr_in cli_addr, MSG *msg)
{
//XXXX said XXXX
char buf[N] = {0};
sprintf(buf, "%s said %s", msg->name, msg->data);
strcpy(msg->data, buf);
linklist p = H->next;
while(p)
{
puts("--------");
if(memcmp(&cli_addr, &p->addr, sizeof(cli_addr)) != 0)
{
sendto(sockfd, msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&p->addr, sizeof(p->addr));
}
p = p->next;
}
return;
}
void process_quit(int sockfd, linklist H, struct sockaddr_in cli_addr, MSG *msg)
{
linklist p = H, q;
sprintf(msg->data, "%s offline", msg->name);
while(p->next)
{
if(memcmp(&cli_addr, &p->next->addr, sizeof(p->next->addr)) == 0)
{
q = p->next;
p->next = q->next;
free(q);
}
else
{
sendto(sockfd, msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&p->next->addr, sizeof(p->next->addr));
p = p->next;
}
}
return;
}
client.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define N 128
#define L 1
#define B 2
#define Q 3
typedef struct{
int type;
char name[N];
char data[N];
}MSG;
typedef struct sockaddr SA;
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
MSG msg;
struct sockaddr_in ser_addr;
if(argc != 3)
{
printf("plz input %s
exit(-1);
}
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
bzero(&ser_addr, sizeof(ser_addr));
ser_addr.sin_family = AF_INET;
ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
ser_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
/****login******/
memset(&msg, 0, sizeof(MSG));
printf("input your name > ");
fgets(msg.name, N, stdin);
msg.name[strlen(msg.name) - 1] = '\0';
msg.type = L;
sendto(sockfd, &msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&ser_addr, sizeof(ser_addr));
/***********/
pid_t pid;
if((pid = fork()) < 0)
{
perror("fork");
exit(-1);
}
else if(pid == 0)//child sendto B or Q
{
while(1)
{
printf(">");
fgets(msg.data, N, stdin);
if(strncmp(msg.data, "quit", 4) == 0)
{
msg.type = Q;
sendto(sockfd, &msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&ser_addr, sizeof(ser_addr));
kill(getppid(), SIGKILL);
exit(0);
}
else
{
msg.type = B;
sendto(sockfd, &msg, sizeof(MSG), 0, (SA *)&ser_addr, sizeof(ser_addr));
}
}
}
else
{
while(recvfrom(sockfd, &msg, sizeof(MSG), 0, NULL, NULL) > 0)
{
//msg.data
printf("%s\n", msg.data);
}
}
close(sockfd);
return 0;
}