嵌入式学习DAY29 --- 实现服务器和客户端的通信，OSI模型、TCP/IP、UTP（网络编程开始学习）

嵌入式入门学习笔记，遇到的问题以及心得体会！
DAY29

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网络编程学习目标：

1、实现不同主机之间的进程间通信（pc对pc）

2、服务器要同时响应多个客户端（并发服务器）

3、网络超时检测

4、广播和组播

5、本地进程间通信

6、项目
之前的项目：学生信息的增删改查，并且将学生的信息保存在本地的文件中

学习过网络编程之后：
服务器：响应客户端的指令，客户端增删改查的信息保存在服务器端数据库中、并发服务器
客户端：注册 登陆 增删改查

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概述：

一、OSI模型与TCP/IP协议体系结构
二、TCP和UDP协议
三、相关知识学习
四、初步编程实现

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一、OSI模型与TCP/IP协议体系结构

1、ARPANet是Internet的雏形

2、协议：

通信规则，不同计算机之间要能够通信，必须遵循同样的通信协议

3、TCP/IP协议成为Internet中的“世界语”

4、网络体系结构即指网络的层次结构和用每层所使协议的集合

5、OSI七层模型：

是一个参考模型，没有实现


物理层：决定了传输介质和传输信号，将桢格式变成01010101010
数据链路层：将数据组成帧格式进行发送和接收 —交换机
网络层：路由选择，找到目标子网----路由器
传输层：实现可靠传输
会话层：建立会话
表示层：数据的加密处理
应用层：具体的和人交互的应用程序 比如：微信 QQ 飞秋

PS(记忆顺口溜)：

这里教大家一个顺口溜来记忆七层结构都是哪七层，当然顺口溜是从考研老师王道那里学来的：
物联网淑慧实用
***物（物理层）联（链路层）网（网络层）淑（传输层）慧（会话层）实（表示层）用（应用层）***
大家可以想象物联网就像是一个大姑娘一样，又淑慧又实用。
这样应该会帮助记忆。

6、TCP/IP四层：

现在使用的是这个


但是：有的书中写的是五层
应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

总结：网络是分层的，每一层都有每一层独立的功能和协议，下层为上层提供服务

7、TCP/IP是一组协议，通常称它为TCP/IP协议族

(1)TCP(Transport Control Protocol)传输控制协议。 <传输层>
(2) IP(Internetworking Protocol)网间协议 。 <网络层>
(3) UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议。 <传输层>
(4) ICMP(Internet Control Message Protocol)互联网控制信息协议。<网络层>
(5) SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)简单邮件传输协议。<应用层>
(6) SNMP(Simple Network manage Protocol)简单网络管理协议。<应用层>
(7) HTTP(Hypertext Transfer Protocol)超文本传输协议。<应用层>
(8) FTP(File Transfer Protocol)文件传输协议。<应用层>
(9) ARP(Address Resolution Protocol)地址解析协议。<网络层>

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二、TCP和UDP协议

1.区别

1、都是传输层的协议
2、TCP是有连接，可靠
3、UDP是无连接，不保证可靠
4、TCP适合于对传输质量要求较高，对传输速度要求不高的场合,大尺寸数据，比如QQ登陆、邮件
5、UDP适合于对传输质量要求不高，但是对实时性要求较高的场合，小尺寸数据，比如视频聊天

可靠：数据无误、无丢失、无失序、无重复到达
有连接：tcp是通过三次握手来实现有连接的

2.讲解三次握手四次挥手

我们把数据的传输看作是一场男女生之间的恋爱那么：

第一次握手：男生对女生说，可以做我女朋友吗（客户端向服务器发送连接请求）

第二次握手：女生对男生说，好的，你可以做我男朋友吗（服务器应答并对客户端发送连接请求）

第三次握手：男生对女生说，好的（客户端应答）

成为男女朋友了
开始看电影
吃个烛光晚餐
爬个山呀
。。。。

第一次挥手：男生对女生说，我们分手吧（客户端向服务器发送断开连接的数据包）

第二次挥手：女生对男生说，好的（服务器应答）

女生心里是不甘的，有很多疑问，为什么？（此时如果服务器还有未向客户端发送完成的数据继续发送，发送完成进行下一步）

第三次挥手：女生对男生说，我们分手吧（服务器向客户端发送断开连接的数据包）

第四次挥手：男生对女生说，好的（客户端应答）

那么问题是为什么是三次握手四次挥手？如下图所示

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三、相关知识学习

用户空间：0-3G 用户的应用程序 我们可以直接访问的空间
内核空间：3G-4G 内核的程序
应用程序只能访问用户空间，内核空间不能访问，要想访问，必须映射（将内核空间的物理地址映射到用户空间的虚拟地址）

1、Socket

1、是一个网络编程的接口
2、是一个特殊的文件
3、可以通过文件IO进行访问
4、流式套接字、数据报套接字、原始套接字
5、套接字位于应用层和传输层之间

1> Socket类型

(1)流式套接字(SOCK_ STREAM)：
提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。

(2)数据报套接字(SOCK_ DGRAM)：
提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收。

(3)原始套接字(SOCK_ RAW)：
可以对较低层次协议如IP、ICMP直接访问。

2> Socket的位置

2、Ip

1> IP地址：

网络中主机的唯一标识

十进制点分形式 “192.168.0.151” 给人看的
域名 “www.baidu.com” 给人看的

二进制：给计算机的
IP地址=网络地址+主机地址 32位
A类：网络地址1个字节 主机地址3个字节
B类：网络地址2个字节 主机地址2个字节
C类：网络地址3个字节 主机地址1个字节

2> 子网掩码：

网络地址全为1 主机地址全为0
作用：判断数据是向内网发送还是向外网发送
255.255.255.0
A教室的网络地址：192.168.0 B：192.168.1
A教室的192.168.0.11 给 B教室的192.168.1.17发消息
A的IP地址192.168.0.11 B:192.168.1.17
将这俩都与255.255.255.0进行与运算，
结果如果一样就是向内网发送
结果不一样就是向外网发送
如果是向外网发送，就要发送给路由器，如何知道路由器的MAC地址，每一台主机都有自己的一张ARP表，记录了IP地址和MAC地址的对应关系，路由器的IP地址的就是我们设置的网关192.168.0.1

知道了目标主机的IP地址就能够找到目标子网，然后找到目标主机

3> 端口号

A主机的QQ和B主机的QQ通信，IP只能使得A找到B，但是我们最终的目标是要找到B的QQ
IP：区分主机
端口号：区分进程
端口号的数据类型：unsigned short 1-65535 1-1023已被知名服务使用

4> 字节序

大端：高字节存放在低地址，低字节存放在高地址
小端：高字节存放在高地址，低字节存放在低地址

A 大端 —》 B 小端
如何解决：
A在发送数据之前，先数据从本机字节序转换成网络字节序
B收到数据之后，将网络字节序转换成自己的本机字节序

网络字节序：大端

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四、初步编程实现

服务器：被动的一方
客户端：主动的一方

接电话的一方：
1、得到一部手机
2、办卡（手机号码和手机进行了绑定）
3、使得手机处于可以接听的状态
4、接听电话
5、通话
6、挂电话

打电话的一方：
1、得到一部手机
2、办卡
3、打电话
4、通信
5、挂电话

1、TCP的服务器：

1、创建一个套接字 socket
2、绑定IP地址和端口号 bind
3、使得服务处于被动等待连接的状态 listen
4、建立连接 accept
5、通信 send/recv write/read
6、关闭套接字 close

2、TCP的客户端：

1、创建一个套接字 socket
2、绑定IP地址和端口号 bind
3、请求连接 connect
4、通信 send/recv
5、关闭套接字 close

3、所需函数

1> socket

2> bind

4、地址相关的数据结构

1> 通用地址结构

//bind函数要求的类型
struct sockaddr
{
     
	u_ short sa_ family; //地址族AF_ _xxx
	char sa_ data[14]; // 14字节协议地址
};

2> Internet协议地址结构

//实际上用的
struct sockaddr_ in struct sockaddr_ un
{
     
	u_ short sin_ family; // 地址族，AF_ INET，2 bytes
	u_ short sin_ port;//端口，2 bytes
	struct in_ addr sin_ addr; // IPV4地址，4 bytes
	char sin_ zero[8]; // 8 bytes unused，作为填充
};

3> IPv4地址结构

//网络字节序的二进制值
// internet address
struct in addr
{
     
	in_ addr_ t s_ addr;
	// u32 network address
};

主机字节序到网络字节序
u_ long htonl ( 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) ;

5、IP地址的转换

1> inet_ aton()

将strptr所指的字符串转换成32位的网络字节序二进制值

#include 
int inet_ aton(const char *strptr,struct in_ addr *addrptr);

2> inet_ addr()

//功能同上，返回转换后的地址。
in_ _addr_ _t inet_ _addr(const char *strptr);

3> inet_ _ntoa()

//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);

6、listen

int listen (int sockfd, int backlog);
sockfd: 监听连接的套接字

backlog:
1>指定了正在等待连接的最大队列长度，它的作用在于处理可能同时出现的几个连接请求。
2>DoS(拒绝服务)攻击即利用了这个原理，非法的连接占用了全部的连接数，造成正常的连接请求被拒绝。

返回值: 0或-1

7、accept()

int accept(int sockfd, struct sockaddr * addr,socklen t *addrlen) ;
返回值:已建立好连接的套接字或-1
头文件:

#include 
  #include 

sockfd :监听套接字.
addr:对方地址
addrlen: 地址长度

服务器端有两种套接字：
1、监听套接字：等待客户端连接
2、连接套接字：和客户端通信

注意：客户端可以不绑定，系统会分配端口号以及会绑定本机的IP，服务器必须绑定，因为服务器必须有一个固定的IP和端口号，客户端才能够找到

8、connect()

int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_ addr, int addrlen);
返回值: 0或-1
头文件:

#include 
	#include 

sockfd : socket返回的文件描述符
serv_ addr: 服务器端的地址信息
addrlen : serv addr的长度

connect( )是客户端使用的系统调用。

9、代码实现

1>tcpclient.c

1>tcpclient.c-----------------------------------------展示代码如下：

#include
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
     
	//创建套接字
	int sockFd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockFd < 0)
	{
     
		perror("socket error!");
		return -1;
	}
	printf("socket ok!\n");
	//请求连接
	struct sockaddr_in servAddr = {
     0};
	servAddr.sin_family = PF_INET;
	servAddr.sin_port = htons(8888);
	servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.150");//这里IP地址改成自己的
	int ret = connect(sockFd, (struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr));
    if(ret < 0)
	{
     
		perror("connect error!");
		close(sockFd);
		return -1;
	}
	printf("connect ok!\n");
	//发送消息
	char buf[1024] = {
     0};
	gets(buf);
	ret = write(sockFd, buf, sizeof(buf));
	if(ret < 0)
	{
     
		perror("write error!");
		close(sockFd);
		return -1;
	}
	//关闭套接字
	close(sockFd);
	return 0;
}

2>tcpserver.c

2>tcpserver.c-----------------------------------------展示代码如下：

#include
#include 
#include 
#include 
#include 

/*
 * TCP服务器
 * 接收客户端发送的消息并打印
 */
int main()
{
     
	//创建套接字
	int sockFd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockFd < 0)
	{
     
		perror("socket error!");
		return -1;
	}
	printf("socket ok!\n");
	//绑定地址信息（ip+port）
	struct sockaddr_in servAddr = {
     0};
	servAddr.sin_family = PF_INET;
	servAddr.sin_port = htons(8888);
	servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.150");//这里IP地址改成自己的
	int ret = bind(sockFd, (struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr));
	if(ret < 0)
	{
     
		perror("bind error!");
		close(sockFd);
		return -1;
	}
	printf("bind ok!\n");
	//监听
	//将主动的套接字变成被动等待连接的套接字
	ret = listen(sockFd, 1);
	if(ret < 0)
	{
     
		perror("listen error!");
		close(sockFd);
		return -1;
	}
	printf("listening\n");
	//建立连接
	int connFd = accept(sockFd, NULL, NULL);
	if(connFd < 0)
	{
     
		perror("accept error!");
		close(sockFd);
		return -1;
	}
	printf("accept ok!\n");
	//接收消息
	char buf[1024] = {
     0};
	ret = read(connFd, buf, sizeof(buf));
	if(ret < 0)
	{
     
		perror("read error!");
		close(sockFd);
		close(connFd);
		return -1;
	}
	printf("recv:%s\n", buf);
	//关闭套接字
	close(sockFd);
	close(connFd);
	return 0;
}

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如若有不着不正确的地方，还望大家指出，感谢！