应用程序设计（6）之linux网络编程基础 tcp/udp
前面的进程间通信最后一个socket是网络方面的知识，现在来引入网络的基础概念吧。
一.网络基础篇
Internet历史：
1.1957年，前苏联卫星上天
2.1958年，美国建立ARPA（国防部高级研究计划署）
3.1968年，ARPA提出 资源共享计算机网络，简称ARPAnet，“阿帕网”，实现互联不同的计算机
4.早期的ARPAnet使用的网络控制协议NCP（network control procotol）。
TCP/IP 协议：Internet中的“世界语”。
1.TCP：用来检测网络传输中的出错，并具备一定的纠错能力。
2.IP协议：实现互联网不同类型的操作系统和计算机的网络连接。
网络体系结构：
由于网络是非常复杂的，因此采用分而治之的方法设计。
因此网络体系结构是指 网络的层次结构和每层使用的协议的集合。
OSI体系结构：七层模型，理想化的模型，尚未完成实现。
1.应用层：主要是对一些应用程序，获得要传输的数据。
2.表示层：对数据进行 格式定义，加密或者 转换。
3.会话层：建立通信进程的 逻辑名字和物理名字之间的联系。
4.传输层：提供可靠数据传输，差错处理及恢复（TCP），流量控制（UDP）。
5.网络层：数组分组.路由选择。
6.数据链路层：数据组成 可发送和 接收的帧
7.物理层：传输物理信号等，硬件层面。
与七层有关的例子：
1.两路交换机：用到数据链路层的交换（硬件）
2.三路交换机：网络层的交换（软件）
TCP/IP体系结构：Internet 事实上的工业标准
1.应用层：负责处理特定的应用程序细节，应用层面面向不同的网络应用引入不同的应用层协议
常用协议（http：超文本传输，ftp：文件传输，dns：域名解析协议，SMTP：邮件传输协议）
2.传输层：确定数据包交给主机上的哪个任务
常用协议（TCP.UDP）
3.网络层：实现端到端的传输
常用协议（IP：互联网络.ICMP：互联网络控制管理协议ping.IGMP：广播.组播）
4.网络接口和物理层：屏蔽硬件差异，向上层提供统一的接口
常用协议（ARP：地址解析协议 IP地址：MAC地址
RARP：逆地址解析协议 MAC地址：IP地址）
TCP/IP协议族
TCP/IP协议通信模型
TCP/IP协议：
1.MTU（max transform unit）：最大传输单元，1500字节
2.MSS（maxitum segment size）：最大报文长度【app header + user data=1460】
TCP协议和UDP协议
1.TCP协议：传输控制协议，面向连接，数据安全可靠（数据无失序.无重复.无丢失）
常用场景：密码传输QQ，微信的登陆注册
大量的数据传输
特点：面向连接，建立连接管道，因此数据传输效率相对较低
2.UDP协议：传输控制协议，无连接，不保证数据的安全可靠性
常用场景：少量图片数据传输
音视频，媒体流量数据传输
无线网络
广播.组播通信
特点：由于无连接，不用建立连接管道，因此数据传输效率相对高。
OSI模型和TCP/IP对应：
二.网络编程基础篇
预备知识
1.socket
（1）独立于具体协议的网络编程接口
（2）在OSI模型中，主要在会话层和传输层
（3）是一个文件描述符（套接字）
（4）可用于TCP.UDP.IPX通信
2.socket的类型
（1）流式套接字（SOCK_STREAM）：提供一种面向连接的服务，用于TCP传输控制协议
（2）数据报套接字（SOCK_DGRAM）：提供无连接的服务，用于UDP通信。
（3）原始套接字（SOCK_RAW）：提供底层通信（IP.ICMP.IGMP）
3.IP地址：网路中标识主机的编号，常以点分形式存在（例如“192.168.2.177”）
1.IPV4地址：整个ip占32位，每段8位表示0-255
IPV6地址: 整个ip占128位
2. ip地址组成： 网络号 + 主机号 列如“192.168.2”+“177”
其中“2”表示网段号，也就是在哪个路由网络中（网络号+1）
3.网络ip分类：主要ip的第一段前8位数据组成
A类网：0~127 子网掩码：255.0.0.0
B类网：128~191 子网掩码：255.255.0.0
C类网：192~223 子网掩码：255.255.255.0
D类网：224~239 组播地址
E类网：240~255保留测试地址
4.私有IP地址范围
5.子网掩码 ：例如：255.255.255.255.0（c类网）
6.已知，计算机网络号：ip&（umask）=“192.168.2.177”&（（255.255.255.0））=“192.168.2”
主机号： ip&（~umask）=“192.168.2.177”&（~（255.255.255.0））=“177”
注意：这是c类网的例题
4.由于网络中识别2进制的数据，因此ip地址必须进行转换
1.将代码字符串的ip地址转换成 网络字节序 二进制，并返回转换后的地址
in_addr_t inet_addr(const char *strptr);
头文件：
#include
参数：
strptr：代码中的字符串 ip（主机字节序的ip地址）
返回值：
成功：返回网络字节序二进制的首地址
2、将网络字节序的二进制 转换成 主机字节序的 ip
char *inet_ntoa(stuct in_addr inaddr);
头文件：
#include
参数：
inaddr：网络字节序的 ip地址
返回值：
成功：主机字节序的 ip字符串 首地址。 5.字节序：数据的存储顺序（方式）
小端序：低序字节存储低地址
Ubuntu采用小端序，也就是主机字节序
大端序：低序字节存储高地址
网络采用大端序，也就是网络字节序
例如：0x1122 ————>11 高字节
6.端口号：在主机中标识处理网络数据的进程，也就是进程ID号
总所周知端口号：1~1023 （用户一般不能使用）
已登记的端口号：1024~49151
动态端口号： 49152~65535
（1）主机字序转网络字节序
u_long htonl(int port); //host to network long
u_short htons(int port); //host to network short（2）网络字节序转主机字节序
u_long ntohl(u_long hostlong); //network to host long
u_short ntohs(u_short hostshort); //network to host short7.
客户端：与用户进行数据交互的界面程序，即 上位机。
服务器：为客户端提供数据服务的后台软件。
8.基于 tcp的服务器编程流程（框架）
（1）创建套接字 socket（）
（2）绑定 bind（）
（3）监听 listen（）
（4）接受连接 accept（）
（5）数据交互 recv/send read/write
（6）关闭 close（）
9.api接口
（1）函数原型socket（）
1、函数原型：
int socket(int domain, int type, int procotol);
功能：
创建套接字，打开网卡设备，设置套接字类型
头文件：
#include
#include
参数：
domain： ip地址协议族 AF_INET(ipv4协议)
type ： 套接字类型 SOCK_STREAM
protocol： 通常为 0
返回值：
成功：返回套接字（网卡的文件描述符）
失败：返回-1，并设置错误信息 (2) 函数原型bind（）
int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, size_t size);
功能：
将ip地址、端口号 与 套接字进行绑定，将ip和端口共享到网络中。
头文件：
同上
参数：
sockfd： 套接字，socket函数成功的返回值
addr ： 通用协议地址结构体的首地址
size ： 结构体的大小
返回值：
成功：返回 0
失败：返回-1，并设置错误信息
通用协议地址结构体：
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; //地址协议族 AF_INET
char sa_data[14];
}
Internet协议地址结构体：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
结构体头文件： #include
填写ip地址和端口号
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9527);
// INADDR_ANY (0.0.0.0) means any address for binding;
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
（3）函数原型listen（）
int listen(int sockfd, int backlog);
功能：
设置监听套接字，设置 客户端连接请求队列的长度，
也就是设置同一时刻能接受的最大请求数。
监听完成就是启动服务器，套接字变成监听套接字
参数：
sockfd：套接字
backlog：请求队列的长度，在内核中开辟的。
返回值：
成功：返回 0
失败：返回-1，并设置错误信息
（4）函数原型accept（）
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *len);
功能：
阻塞等待，接受客户端连接，建立通信管道。
如果 请求队列中没有客户端的请求，该函数就阻塞。有就立即接受连接，建立通道。
参数：
sockfd：监听套接字
addr ：结构体首地址（存储连接成功的客户端ip、端口号的结构体首地址）
len ：存储结构体的大小（存储客户端信息的结构体首地址）
返回值：
成功：返回连接套接字（通信管道的id号），标识成功的客户端。
失败：返回-1，并设置错误信息
注意：
1、如果不需要保存客户端ip地址和端口号，则第2、3参数 传递 NULL。
2、该函数调用一次 就只能接受一个 客户端连接（5）数据交互
read（）
函数原型：
ssize_t read(int connfd, void *buf, size_t size);
参数：
connfd：连接套接字（通信管道id）
recv（）
ssize_t recv(int connfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数：
flags：阻塞与非阻塞模式，通常0表示阻塞。
注意：
1、read读数据，默认为阻塞模式，如果读缓冲区有数据立即返回，无数据就等待
2、recv读数据可以设置 模式
3、当 连接断开时，read或recv立即返回 0值
write（）
ssize_t write(int connfd, void *buf, size_t size);
参数：
connfd：连接套接字（通信管道id）
ssize_t send(int connfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数：
flags：阻塞与非阻塞模式，通常0表示阻塞。
（6）int close（）
int close(int sockfd);