网络编程一：网络体系结构+socket概念+TCP通信过程
一、回顾系统编程中进程的通信方式
1、管道
无名管道 （只能作用于亲缘间进程通信） ----pipe write read
有名管道 (系统中任意两个进程) -----mkfifo
2、信号
发送信号 ---kill
捕捉信号----signal
3、IPC对象
消息队列 ----带有数据标识的特殊管道 ftok() msgget msgsnd msgrcv msgctl
共享内存 ----双方进程 可以同时 对一片内存进行读写 ftok shmget shmat shmdt
信号量 ------不属于通信方式，只是一种互斥的方式 ftok semget semop semctl
特点：只能在同一台主机上内部通信，不能跨平台。
二、网络编程（套接字编程）
1、特点
既可以在同一台主机上内部通信，还可以在不同主机之间通信。
自己的ubuntu ---- 自己的ubuntu
自己的ubuntu ---- 同一个局域网内除了自己之外的任意一台主机
总结： 网络通信的前提是 在同一个局域网内。
2、协议
在不同的主机之间通信，双方都必须遵循的同一种规则。
阿帕网（arpanet）
使用协议：网络控制协议（NCP） Network Control Program
缺点：不能互联不同类型的计算机 和 不同类型的操作系统，同时也没有纠错功能
因特网（Internet）
由于阿帕网（arpanet）的局限，所以在其基础上扩展 研发出了 因特网（Internet），并且引入了TCP/IP协议。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。
TCP/IP协议：传输控制协议/网际协议 。
TCP协议： 用于检测网络中传输差错
IP协议： 负责不同的网络之间的通信。
也就是说，TCP主要是负责 数据的传输问题，一旦有问题发出信号，要求重新传输，直到数据安全到达为止。IP给每一台主机分配一个IP地址。
三、计算机网络体系结构
1、概念
指的是 主机内部集成的结构和各层协议的集合。
每台主机本身就存在一个相同的网络体系结构。
2、作用
封装数据 和 解析数据
3、分类
ISO/OSI参考模型
TCP/IP参考模型
四、ISO/OSI参考模型 （七层）
1、概念
OSI从逻辑上，把一个网络系统分为功能上相对独立的7个有序的子系统，这样OSI体系结构就由功能上相对独立的7个层次组成，如图1所示。它们由低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
应用层：确定这个数据应该以什么样的API接口 进行处理
表示层：数据的压缩和解压、加密和解密这些工作都是由表示层完成的。
会话层：访问验证，通信之前建立TCP会话
传输层：控制 和 检测 数据传输过程中是否出错，TCP协议 、UDP协议
网络层：主要是IP协议，识别网络中不同的主机
数据链路层：1、将数据组合成数据块，也就是一帧帧数据（给数据块添加数据头和数据尾）
物理层：承担数据传输的物理媒体（通信的通道），以太网口
2、OSI参考模型 处理数据的效率很低，这个模型 已经被TCP/IP模型所取消
五、TCP/IP协议模型（四层）
1、层次
应用层： Telnet FTP HTTP
传输层： TCP UDP
网际层： IP ICMP
网络接口层：以太网
2、每经过一层，会一层层添加头数据，当数据到达对方时，会一层层解析头数据
3、在上面模型中 ，传输层协议： TCP协议 、UDP协议（重点）
六、研究传输层协议
TCP协议（打电话）
1、概念
用来检测网络传输中差错的传输控制协议 （TCP，Transmission Control Protocol）。是一种面向连接的传输层协议，它能够提供高可靠性通信（也就是 数据 无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信）
2、应用场合
1）对传输质量要求高、以及传输大量数据的通信
2）在需要可靠性数据传输的场合，通常使用TCP协议
3）QQ等 通信软件的用户登录账号管理 的功能，采用TCP
UDP(写信)
1、概念
用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）。是一种不可靠、没有连接的协议。在数据发送之前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。
2、应用场合
1）发送小尺寸数据
2） 适用于 广播 /组播 通信
3）qq等通讯 软件中 点对点 文本通信 以及音视频
七、网络编程（套接字编程、socket编程）中几个重要概念
1、socket
插座、套接字 插座的种类比较多，就像很多个协议一样，必须提前设置好协议
1）是一个编程的函数接口，建立套接字
2）不管你是使用TCP协议 还是 用 UDP协议，首先必须使用socket进行确定
比如： 我们现在使用TCP协议
套接字文件描述符 socketfd = socket(TCP协议);
普通文件 ： int fd = open(文件的名字);---》
3）套接字 是一种 特殊的 文件描述符
2、IP地址
1、概念
用来标识 网络中不同的主机。通信的前提必须要有一个IP地址
2、分类
IPV4地址 ---32位 IPV6地址 --128位
3、如何表示
点分十进制 "192.168.14.2" 网络号（网段 192.168.14） + 主机号(2)
4、数据包中 都必须要包含 目的IP地址、源IP地址。
3、端口号（无符号16位整数）
1、概念
标识 同一台主机内不同的应用程序。
网络
主机A ---------------- 主机B
qq qq
微信 微信
soul “想你了，宝” soul
192.168.14.2 192.168.14.5 ---必须在同一个局域网
“想你了，宝” + 192.168.14.2 + 192.168.14.5 + 50000
端口号：
1）系统占用端口号： 1-1023（用户不能再次使用这些端口号进行通信）
2） 可用端口号：1024~65535
端口号错误 ---》连接错误
4、字节序
1）、概念
一个多字节存储单元的低地址 存储数据的高有效位 还是 低有效位 ，说白了，也就是说 数据 在计算机内存中以什么样的方式存储
2）分类
小端序：数据的低有效位 存储 在 内存的 低地址
大端序：数据的低有效位 存储 在 内存的 高地址
3）为了避免不同类别的主机之间 在数据交换时由于字节序的不同导致的差错，引入了网络字节序。也就是说统一规定所有的主机通过网络发送数据包时转为 大端序 ，也就是网络字节序。
网络字节序---》一定是大端序。
本地字节序---》取决于 主机 x86是小端 ARM是大端
总结： 无论当前你的主机是大端 还是 小端，都必须把自身的字节序 转成 网络字节序，即大端序，才能在网络中传输数据。
八、关于网络配置
window: 192.168.14.2
ubuntu: 192.168.14.3
开发板：192.168.14.4
在ubuntu中 ：
1、ifconfig --查看IP 获取 网卡名字
ubuntu12.04 eth0
ubuntu18.04 ens33
2、配置
ifconfig eth0 192.168.14.3
3、ubuntu与window进行ping连接
ping 192.168.14.2(window)
gec@ubuntu:/mnt/hgfs/gz2166/00C习题/2021.10.28笔试题/043广东华中科技大学工业
��术研究院$ ping 192.168.14.2
PING 192.168.14.2 (192.168.14.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.14.2: icmp_req=1 ttl=128 time=0.299 ms
64 bytes from 192.168.14.2: icmp_req=2 ttl=128 time=0.240 ms
64 bytes from 192.168.14.2: icmp_req=3 ttl=128 time=0.195 ms
九、TCP通信过程
客户端通信：
1、买手机（建立套接字）
#include
#include
int socket(int domain, int type, int protocol);
函数作用：建立套接字
参数：
domain：你要选择哪一种地址族
PF_INET/AF_INET ------Ipv4 网络协议
PF_INET6/AF_INET6----- Ipv6 网络协议
type： 你要选择哪一种 协议（TCP UDP）
SOCK_STREAM --流式套接字 TCP
SOCK_DGRAM -数据报套接字 UDP
protocol:一般设置成 0
返回值：
成功返回 套接字文件描述符
失败 -1
2、绑定自己的电话号码（绑定自己的IP地址 和端口号）
#include
#include
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
参数：
sockfd：套接字文件描述符
addr:自己的IP地址和端口号
addrlen：结构体的大小
返回值 ：
成功则返回 0,
失败返回-1, 错误原因存于 errno 中
struct sockaddr --旧的结构体
{
unsigned short sa_family; /*地址族*/
char sa_data[14];/*14字节的协议地址，包含该socket的IP地址和端口号。*/
};
//IPV4结构体
struct sockaddr_in
{
short int sin_family; /*地址族 IPV4 IPV6*/
unsigned short int sin_port; /*端口号*/
struct in_addr sin_addr; /*IP地址*/
unsigned char sin_zero[8]; /*填充0 以保持与struct sockaddr同样大小*/
};
struct in_addr {
in_addr_t s_addr; /*in_addr_t为 32位的unsigned int，该无符号整数采用大端字节序。*/
};
扩展函数：
1、将本地IP地址转为网络IP地址
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
参数：
cp：本地IP地址
返回值： 返回网络IP地址
3、开始打电话（发起连接）
#include
int connect(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);
参数：
sockfd：套接字文件描述符
address：对方的IP地址和端口号
address_len：结构体的大小
4、聊天
#include
ssize_t send(int socket, const void *buffer, size_t length, int flags);
参数：
sockfd：套接字文件描述符
buffer：你要发送的数据
length：你要发送的数据大小 strlen
flags: 一般为0
返回值：
成功返回 发送的数据字节数
失败返回 -1
5、关闭
close(socketfd);
服务器 ：
3、设置铃声（监听）
#include
int listen(int socket, int backlog);
参数：
sockfd：套接字文件描述符
backlog：同时支持 最多的客户端连接个数
4、坐等电话（阻塞接收客户端的连接）
#include
int accept(int socket, struct sockaddr * address,socklen_t * address_len);
参数：
sockfd：套接字文件描述符
address:存储已经连接上来的客户端的IP地址和端口号 ，如果不关系客户端的IP地址和端口号，可以设置成NULL
address_len:结构体的大小
返回值：
成功返回 已经连接上来的新的客户端的套接字文件描述符
失败返回 -1
十、扩展函数
#include
#include
#include
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
函数作用：
将本地IP地址转为网络IP地址
参数：
cp：本地IP地址
返回值：返回网络IP地址 ，注意是 in_addr_t
char *inet_ntoa(struct in_addr in); //n 网络 a 本地
函数作用：
将网络IP地址 转为本地IP地址
参数：
in：网络IP地址 注意是 struct in_addr 类型
返回值：
本地IP地址
#include
uint16_t htons(uint16_t hostshort); //h表示本地 n表示网络 s表示 unsigned short int 16
函数作用：将本地端口号转为网络端口号
参数：
hostshort 本地端口号
返回值：
返回网络端口号
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
函数作用：将网络端口号转为本地端口号
参数：
netshort 网络端口号
返回值：
返回本地端口号
十一、代码例程
1、01TCP客户端.c
#include
#include
#include /* See NOTES */
#include
#include
#include
#define OWNADDR "192.168.14.3" //我自己电脑的ip地址
#define OWNPORT 10000 //我自己电脑的该程序的端口号
#define SERVERADDR "192.168.14.3" //对方的 服务器的IP地址
#define SERVERPORT 20000 //对方的 服务器的端口号
int main()
{
//1、买手机（建立套接字）
int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(socketfd == -1)
{
printf("没钱了....,失败\n");
return -1;
}
//2、绑定自己的电话号码（绑定自己的IP地址 和端口号）
//定义一个IPV4结构体变量，初始化自己的IP地址和端口号
struct sockaddr_in ownAddr;
ownAddr.sin_family = AF_INET;/*地址族 IPV4*/
ownAddr.sin_port = htons(OWNPORT); //htons 将本地端口号转为网络端口号
ownAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(OWNADDR); //将本地IP地址转为网络IP地址
bind(socketfd, (struct sockaddr *)&ownAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//3、开始打电话（发起连接）
struct sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;/*地址族 IPV4*/
serverAddr.sin_port = htons(SERVERPORT); //htons 将本地端口号转为网络端口号
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERADDR); //将本地IP地址转为网络IP地址
connect(socketfd,(struct sockaddr *)&serverAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//4、聊天
while(1)
{
printf("data：");
char buf[1024]={0};
scanf("%s",buf);
//发送数据
send(socketfd, buf, strlen(buf), 0);
}
//5、关闭
close(socketfd);
return 0;
}
2、02TCP服务器.c
#include
#include
#include /* See NOTES */
#include
#include
#include
#define OWNADDR "192.168.14.3" //我自己电脑的ip地址
#define OWNPORT 20000 //我自己电脑的该程序的端口号
int main()
{
//1、买手机（建立套接字）
int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(socketfd == -1)
{
printf("没钱了....,失败\n");
return -1;
}
//因为服务器立马退出之后，端口号不会及时释放
//此时如果服务器又马上运行，那么端口号会被占用，导致服务器分配端口号失败，连接失败
//所以设置端口号可以复用
int optval = 1;
setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&optval, sizeof(optval));
//2、绑定自己的电话号码（绑定自己的IP地址 和端口号）
//定义一个IPV4结构体变量，初始化自己的IP地址和端口号
struct sockaddr_in ownAddr;
ownAddr.sin_family = AF_INET;/*地址族 IPV4*/
ownAddr.sin_port = htons(OWNPORT); //htons 将本地端口号转为网络端口号
ownAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(OWNADDR); //将本地IP地址转为网络IP地址
bind(socketfd, (struct sockaddr *)&ownAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//3、设置铃声(监听) listen
listen(socketfd,5);
//4、坐等电话（阻塞接收客户端的连接）
printf("等待客户端连接.......\n");
//定义一个IPV4结构体变量，存储连接上来的客户端的IP地址 和 端口号
struct sockaddr_in clientAddr;
//如果你要想要获取对方的IP地址和端口号，第三个参数必须把结构体的大小传递进去
int len = sizeof(struct sockaddr_in);
int newClientFd = accept(socketfd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len);
if(newClientFd != -1)
{
printf("有客户端连接上来了............\n");
//打印连接上来的客户端的IP地址和端口号，将网络字节序转为 本地字节序
printf("连接上来的客户端IP:%s 端口号:%u\n",inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port));
}
while(1)
{
char buf[1024]={0};
//重点重点重点：recv 一定是使用 已经连接上来的新客户端的套接字文件描述符 newClientFd
int ret = recv(newClientFd,buf,sizeof(buf),0);
if(ret == 0)//代表客户端退出
{
printf("客户端退出.....\n");
break;
}
printf("recv:%s\n",buf);
}
//5、关闭
close(socketfd);
close(newClientFd);
return 0;
} 十二、端口号复用
#include
#include
int setsockopt(int s, int level, int optname, const void * optval, , socklen_toptlen);
函数作用：设置端口号可以复用
参数：
s：套接字文件描述符
level 代表欲设置的网络层, 一般设成 SOL_SOCKET 以存取 socket 层
optname：SO_REUSEADDR 端口号复用
optval 代表欲设置的值, 比如给它一个1
optlen 则为 optval 的长度.
//所以设置端口号可以复用,这两条语句放在 绑定bind 之前
int optval = 1;
setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&optval, sizeof(optval));
十三、代码例程2
1、03TCP客户端+多线程.c
#include
#include
#include /* See NOTES */
#include
#include
#include
#include
#define OWNADDR "192.168.14.3" //我自己电脑的ip地址
#define OWNPORT 10000 //我自己电脑的该程序的端口号
#define SERVERADDR "192.168.14.3" //对方的 服务器的IP地址
#define SERVERPORT 20000 //对方的 服务器的端口号
void * start_routine(void *arg)
{
int socketfd = *((int*)arg);//强转类型 并且解引用 得到socketfd
//接收服务器的数据
while(1)
{
char buf[1024]={0};
int ret = recv(socketfd,buf,sizeof(buf),0);
if(ret == 0)
break;
printf("recv:%s\n",buf);
}
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
//1、买手机（建立套接字）
int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(socketfd == -1)
{
printf("没钱了....,失败\n");
return -1;
}
//2、绑定自己的电话号码（绑定自己的IP地址 和端口号）
//定义一个IPV4结构体变量，初始化自己的IP地址和端口号
struct sockaddr_in ownAddr;
ownAddr.sin_family = AF_INET;/*地址族 IPV4*/
ownAddr.sin_port = htons(OWNPORT); //htons 将本地端口号转为网络端口号
ownAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(OWNADDR); //将本地IP地址转为网络IP地址
bind(socketfd, (struct sockaddr *)&ownAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//3、开始打电话（发起连接）
struct sockaddr_in serverAddr;
serverAddr.sin_family = AF_INET;/*地址族 IPV4*/
serverAddr.sin_port = htons(SERVERPORT); //htons 将本地端口号转为网络端口号
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERADDR); //将本地IP地址转为网络IP地址
connect(socketfd,(struct sockaddr *)&serverAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//创建一条线程，接收服务器的数据
pthread_t thread;
pthread_create(&thread,NULL,start_routine,&socketfd);
//4、聊天
while(1)
{
printf("data：");
char buf[1024]={0};
scanf("%s",buf);
//发送数据
send(socketfd, buf, strlen(buf), 0);
}
//5、关闭
close(socketfd);
//接合线程 --阻塞等待子线程退出，回收资源
pthread_join(thread,NULL);
return 0;
}
2、04TCP服务器+多线程.c
#include
#include
#include /* See NOTES */
#include
#include
#include
#include
#define OWNADDR "192.168.14.3" //我自己电脑的ip地址
#define OWNPORT 20000 //我自己电脑的该程序的端口号
void * start_routine(void *arg)
{
int newClientFdfd = *((int*)arg);//强转类型 并且解引用 得到socketfd
//给客户端发送数据
while(1)
{
printf("data：");
char buf[1024]={0};
scanf("%s",buf);
//发送数据
send(newClientFdfd, buf, strlen(buf), 0);
}
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
//1、买手机（建立套接字）
int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(socketfd == -1)
{
printf("没钱了....,失败\n");
return -1;
}
//因为服务器立马退出之后，端口号不会及时释放
//此时如果服务器又马上运行，那么端口号会被占用，导致服务器分配端口号失败，连接失败
//所以设置端口号可以复用
int optval = 1;
setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&optval, sizeof(optval));
//2、绑定自己的电话号码（绑定自己的IP地址 和端口号）
//定义一个IPV4结构体变量，初始化自己的IP地址和端口号
struct sockaddr_in ownAddr;
ownAddr.sin_family = AF_INET;/*地址族 IPV4*/
ownAddr.sin_port = htons(OWNPORT); //htons 将本地端口号转为网络端口号
ownAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(OWNADDR); //将本地IP地址转为网络IP地址
bind(socketfd, (struct sockaddr *)&ownAddr,sizeof(struct sockaddr_in));
//3、设置铃声(监听) listen
listen(socketfd,5);
//4、坐等电话（阻塞接收客户端的连接）
printf("等待客户端连接.......\n");
//定义一个IPV4结构体变量，存储连接上来的客户端的IP地址 和 端口号
struct sockaddr_in clientAddr;
//如果你要想要获取对方的IP地址和端口号，第三个参数必须把结构体的大小传递进去
int len = sizeof(struct sockaddr_in);
int newClientFd = accept(socketfd,(struct sockaddr*)&clientAddr,&len);
if(newClientFd != -1)
{
printf("有客户端连接上来了............\n");
//打印连接上来的客户端的IP地址和端口号，将网络字节序转为 本地字节序
printf("连接上来的客户端IP:%s 端口号:%u\n",inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port));
}
//创建一条线程，给客户端发送数据
//注意 使用的是 连接上来的客户端的新的套接字文件描述符newClientFd
pthread_t thread;
pthread_create(&thread,NULL,start_routine,&newClientFd);
while(1)
{
char buf[1024]={0};
//重点重点重点：recv 一定是使用 已经连接上来的新客户端的套接字文件描述符 newClientFd
int ret = recv(newClientFd,buf,sizeof(buf),0);
if(ret == 0)//代表客户端退出
{
printf("客户端退出.....\n");
break;
}
printf("recv:%s\n",buf);
}
//5、关闭
close(socketfd);
close(newClientFd);
//接合线程 --阻塞等待子线程退出，回收资源
pthread_join(thread,NULL);
return 0;
}