C语言网络编程——基础

OSI七层参考模型

是理想化的并没有完全实现的模型。
应用层
提供响应的应用服务

表示层
数据的表示和加密

会话层
建立会话关系

传输层
通过传输协议传输数据

网络层
实现跨子网通信，路由转发，维护路由表。

数据链路层
实现以太网内数据帧的转发

物理层
按照一定的传输规则传输电信号。

TCP/IP 四层模型

详细介绍见https://blog.csdn.net/Stars____/article/details/108694074

SCTP协议：TCP的升级版

TCP/IP 网络编程

unix域套接字：用于本地进程间的通信。

1. Socket：是一个特殊的文件描述符。是一种通用的网络编程的接口。

   1. 在OSI模型中处于会话层和传输层之间。
   2. 在TCP/ IP模型中处于应用层和传输层之间。
   3. int socket(int family, int type, int protocol); 流式套接字(TCP)、数据包套接字(UDP)
      
      

2. IP地址

   1. ipv4转换函数有inet_aton()、inet_addr()和inet_ntoa()
   2. ipv4和ipv6兼容的函数有inet_pton()和inet_ntop()
   3. 将strptr转换位网络字节序二进制值，仅适用于IPV4，此函数不能用于255.255.255.255的转换。
   4. pton能正确的处理255.255.255.255的转换问题。
   5. pton的逆用
   6. sa_family结构体定义在 #include 中。

3. 端口

4. 字节序

   1. 本地字节序和网络字节序是不一样的。所以需要转换。
   2. 字节序转换涉及4个函数：htons()、ntohs()、htonl()、ntohl()。h代表host，n代表network，s代表short，l代表long
   3. bind()：该函数将保存在相应地址结构中的地址信息与套接字进行绑定。它主要用于服务器端，客户端创建的套接字可以不绑定地址。
   4. listen()：在服务端程序成功建立套接字并与地址进行绑定后，通过调用listen函数将套接字设置成监听模式(被动的)，准备接收客户端的连接请求。
   5. accept()：服务端通过调用accept函数等待并接受客户端的连接请求。建立好TCP连接后，该函数会返回一个新的已连接套接字。
   6. connect()：客户端通过该函数向服务器端的监听套接字发送连接请求。
   7. send()和recv()：用于TCP和UDP通信过程中发送和接收数据。
   8. sendto()和recvfrom()：这两个函数一般用与UDP中的发送和接收，当用在TCP中时后面与地址有关的参数不起作用。函数作用等同于send()和recv()
   9. 通用结构体：

struct sockaddr{
	sa_family_t sa_family;  //协议
	char 		sa_data[14]; 
};

10. AF_INET定义结构体

struct sockaddr_in{
	sa_family_t sin_family; // 协议
	in_port_t	sin_port;	// 端口号的网络字节序
	struct in_addr sin_addr;// 
};

struct in_addr{
	uint32_t	 s_addr; // IP地址 网络字节序
};

服务端

#include "net.h"

#define BUFF_SIZE 128

int main(int argc, char* argv[])
{
	int listenfd, connfd;
	struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
	socklen_t peerlen;
	char buf[BUFF_SIZE];

	if(argc < 3){
		printf("入参有误！\n");
		return -1;
	}
	
	// 建立socket连接
	if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("listenfd = %d\n", listenfd);

	// 设置sockaddr_in 结构体中的相关参数
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); // 擦除内存 全写0
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

	// 绑定函数
	if(bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){
		perror("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success!\n");

	// 调用listen()函数，设置监听模式
	if(listen(listenfd, 10) == -1){
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("listening...\n");

	// 调用accept函数，等待客户端的连接
	peerlen = sizeof(cliaddr);
	while(1){
		if((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr, &peerlen)) < 0){
			perror("accept");
			return -1;
		}
		bzero(buf, sizeof(buf));
		if(recv(connfd, buf, BUFF_SIZE, 0) == -1){
			perror("recv");
			return -1;
		}
		printf("Received a message: %s\n", buf);
		strcpy(buf, "Welcome to server");
		send(connfd, buf, BUFF_SIZE, 0);
		close(connfd);
	}

	close(listenfd);

	return 0;
}

客户端

#include "net.h"

#define BUFF_SIZE 128

int main(int argc, char* argv[])
{
	int sockfd;
	char buf[BUFF_SIZE] = "Hello server";
	struct sockaddr_in servaddr;

	if(argc < 3){
		printf("入参有误!\n");
		return -1;
	}

	// 创建socket
	if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
		perror("socket");
		return -1;
	}

	// 设置sockaddr_in结构体中相关参数
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

	// 调用connect函数向服务器发送连接请求
	if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
		perror("connect");
		return -1;
	}

	// 发送消息给服务端
	send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
	if(recv(sockfd, buf, BUFF_SIZE, 0) == -1){
		perror("recv");
		return -1;
	}
	printf("recv from server : %s\n", buf);
	close(sockfd);

	return 0;
}

TCP服务端客户端流程图

一个服务器服务多个客户端的TCP编程

主要还是对服务器端的优化。

1. 循环服务器：分时处理客户端，直到前一个客户端退出后新的客户端才能被服务器响应

2. 并发服务器：常用多线程实现，进程太过于耗费资源不常用

IO多路复用

在上述并发服务器中使用多线程能满足多个客户端的连接，但是客户端的数量上不能太多，假设有1000个客户端要连接这个服务器，那服务器就得开1000个线程，而且并不是每个客户端都是活跃的，对于那些不活跃的客户端服务器也不能释放线程资源，直到客户端断开连接，这样对服务器来说压力太大。

所以就有了IO多路复用。

多路复用IO
下一篇详细讲！