《TCP IP网络编程》第一章

        2023.6.28 正式开始学习网络编程。 每一章每一节的笔记都会记录在博客中以便复习。

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第1章

1.1理解网络编程和套接字

        网络编程又叫套接字编程。所谓网络编程，就是编写程序使两台连网的计算机相互交换数据。 为什么叫套接字编程？ 我们平常将插头插入插座上就能从电网中获取电力，同样的道理，为了与远程计算机进行数据传输，需要连接到因特网，而编程中的“套接字”就是用来链接网络的工具。

        服务器端创建的套接字又叫服务器端套接字或者监听套接字。 其请求连接的套接字创建过程分为四步：

1. 调用socket函数创建套接字
2. 调用bind函数分配IP地址和端口号
3. 调用listen函数转为可接受请求状态
4. 调用accept函数受理连接请求

        请求连接的客户端套接字创建过程如下两步：

1. 调用socket函数创建套接字
2. 调用connect函数向服务器端发送连接请求

        值得注意的是：创建完套接字，并不会马上区分为服务器端或客户端。 如果接下来紧接着调用bind、listen等函数则成为服务器端套接字；如果调用connect函数则称为客户端套接字。

        接下来在linux环境中编译并执行上述两个实例：hello_server.c文件和hello_client.c文件。

        分别对客户端和服务端程序进行编译：    

gcc hello_server.c -o hserver
gcc hello_client.c -o hclient

        该命令中的-o是用来指定可执行文件名的可选参数，因此，编译后将生成可执行文件hserver和hclient。

            运行：

./hserver 9190
./hclient 127.0.0.1 9190

        运行的时候，首先在 9190 端口启动服务，然后 heserver 就会一直等待客户端进行响应，当客户端监听位于本地的 IP 为 127.0.0.1 的地址的9190端口时，客户端就会收到服务端的回应，输出`Hello World!`。

        ps：执行过程中输入的127.0.0.1是本地计算机的IP地址。 如果在同一台计算机中同时运行服务器端和客户端，将采用这种连接方式。 但如果服务器端和客户端在不同计算机中运行，则应采用服务器端所在计算机的IP地址。

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1.2基于Linux的文件操作

        在linux中，socket也是文件的一种，因此在网络数据传输过程中可以使用文件I/O相关的函数。而Windows需要区分socket和文件，因此在Windows中需要调用特殊的数据传输相关函数。

        每当生成文件或套接字，操作系统将返回分配给他们的整数，（即文件描述符），这个整数将成为程序员与操作系统之间良好沟通的渠道，实际上，文件描述符是为了方便称呼系统创建的文件或套接字而赋予的数。 文件描述符也成为文件句柄，“句柄”是Windows中的术语，Linux平台则使用“描述符”。

         low.open.c创建文件并保存文件数据，运行之后返回文件描述符3。用cat命令输出data.txt的文件内容，可以确认确实向文件传输了数据。

        low.read.c程序则通过read函数读取了data.txt中保存的数据。运行之后打印文件描述符以及文件的内容。 

        fd_seri.c 程序同时创建文件和套接字：

    fd1 = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    fd2 = open("test.dat", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
    fd3 = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

然后分别打印其文件描述符得到3、4、5，描述符从3开始以由小到大的顺序编号，因为0、1、2是分配给标注能I/O的描述符。如下图：

1.3基于Windows平台的实现

        首先要为Windows套接字编程设置头文件和库。在vs（2022）中找到附加依赖项，然后写入ws2_32.lib即可。

        winsock初始化需要调用WSAStartup函数，注销库的时候需要调用WSACleanup函数。

1.4基于Windows的套接字相关函数及示例

略。

1.5 习题

1.套接字在网络编程中的作用是什么?为何称它为套接字?

        套接字是一种用于在网络上进行通信的编程接口。套接字允许不同计算机上的进程通过网络进行数据传输。它提供了一种机制，使得计算机之间可以建立连接、发送和接收数据。套接字使得应用程序能够利用网络进行通信，实现客户端和服务器之间的数据交换。

        它被称为套接字，是因为它类比于电话通信中的插座，作为网络通信的端点连接点。

2.在服务器端创建套接字后，会依次调用listen函数 和accept函数。请比较并说明二者作用。

        listen函数用于将套接字设置为被动监听模式，以接受客户端的连接请求。

        accept函数用于接受客户端的连接请求，并创建一个新的套接字来处理与该客户端的通信。

3.Linux中，对套接字数据进行I/O时可以直接使用文件I/O相关函数;而在Windows中则不可以，原因为何？

        这是因为在Unix-like系统中，包括Linux，一切皆文件的思想被广泛采用，将各种资源（包括套接字）都抽象为文件描述符的形式，统一了数据的读写接口。

        然而，在Windows操作系统中，套接字不被视为文件描述符，因此不能直接使用文件I/O相关函数进行数据的读写操作。

4.创建套接字后一般会给它分配地址， 为什么?为了完成地址分配需要调用哪个函数?

        在网络编程中，创建套接字后需要给它分配地址，主要是为了使其他计算机能够找到并与该套接字建立连接。通过分配地址，可以指定套接字的IP地址和端口号，从而唯一标识该套接字在网络中的位置。

        为了完成地址分配，需要调用bind函数。bind函数用于将套接字与特定的IP地址和端口号进行绑定。