C++/QT知识点积累（一）：与网络通信相关

   计算机网络--子网掩码、ip地址、mac地址、网关

https://blog.csdn.net/weixin_43803070/article/details/90370460

 （1）IP地址

• 用于标识网络中每台设备的标识。IPV4 ：用32位表示；IPV6：用128位表示。IP地址=网络地址+主机地址，比如    192.168.40.1   。 IP地址由两部分组成，分别是：网络标识（绿色字体）和主机标识（蓝色字体）。同一网段内的计算机网络部分相同，主机部分不同同时重复出现。IP地址具有了唯一性；
  • 路由器连接不同网段，负责不同网段之间的数据转发；
  • 交换机连接的是同一网段的计算机
  • 计算机通信之前，首先要判断目标IP地址和自己的IP地址是否在一个网段，这决定了数据链层的目标MAC地址是目标计算机的还是路由器接口的MAC地址。
  • 数据包的目标IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机，
  • 数据包的目标MAC地址决定了数据包下一跳由哪个设备接收，不一定是终点。

• A：A类地址保留给政府机构，一个A类地址由1字节的网络地址和3字节的主机地址组成，网络地址最高位必须是0，地址范围是1.0.0.1-127.255.255.254，但是127网段被作为环回地址使用，所以可用的A类网络只有126 个，每个网络能容纳 16777216 个主机。A类地址的私有地址为: 10.0.0.0~10.255.255.255，默认子网掩码为 255.0.0.0
• B：B类地址分配给中等规模的公司，一个B类IP地址由2字节的网络地址和2字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是10，地址范围是128.0.0.1-191.255.255.254，可用的B类网络有16384 个，每个网络能容纳 65534 个主机。B类地址的私有地址为: 172.16.0.0~172.31.255.255 ，默认子网掩码为 255.255.0.0
• C: C类地址分配给任何需要的人，一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址、7的最高位必须是110.地址范围是192.0.0.1-223.255.255.254. C类网络可达 2097152 个，每个网络能容纳254个主机。C类地址的私有地址为：192.168.0.0~192.168.255.255，默认子网掩码为 255.255.255.0
• D：D类地址用于组播，第一个字节以1110开始，它是一个专门保留的地址，指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播中。多点广播地址用来一次寻找一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机，地址范围是 224.0.0.1~239.255.255.254 
• E：E类地址用于实验，E类地址不分网络地址和主机地址，它的第1字节的前五位固定为11110，地址范围是240.0.0.1~255.255.255.254

 （2）MAC地址

• MAC（Media Access Control或者Medium Access Control）地址，意译为媒体访问控制，或称为物理地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责 IP地址，第二层数据链路层则负责 MAC地址。因此一个主机会有一个MAC地址，而每个网络位置会有一个专属于它的IP地址。
• MAC地址是网卡决定的，是固定的，所有设备的MAC地址都是全球唯一的。MAC地址是网卡出厂时设定的，是固定的（但可以通过在设备管理器中或注册表等方式修改，同一网段内的MAC地址必须唯一）。MAC地址采用十六进制数表示，长度是6个字节（48位），分为前24位和后24位。

（3）网关

• 网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。
• 网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。

（4）子网掩码

• 子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。
• 子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码作用是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分，子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。
  • A类地址的子网掩码是255.0.0.0，
  • B类地址的子网掩码是255.255.0.0 ，
  • C类地址的子网掩码是255.255.255.0
• IP地址是以网络号和主机号来标示网络上的主机的，我们把网络号相同的主机称之为本地网络，网络号不相同的主机称之为远程网络主机，本地网络中的主机可以直接相互通信；远程网络中的主机要相互通信必须通过本地网关（Gateway）来传递转发数据。
• 子网掩码的概念及作用
  • 子网掩码（Subnet Mask）必须结合IP地址一起对应使用。只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系，使网络正常工作。
  • 子网掩码和IP地址做“与”运算，分离出IP地址中的网络地址和主机地址，用于判断该IP地址是在本地网络上，还是在远程网络网上。
  • 子网掩码还用于将网络进一步划分为若干子网，以避免主机过多而拥堵或过少而IP浪费。
     

• 子网掩码的表示方法 
  • 点分十进制表示法：二进制转换十进制，每8位用点号隔开

子网掩码二进制11111111.11111111.11111111.00000000，表示为255.255.255.0

• CIDR斜线记 

IP地址/n
例1：192.168.1.100/24，其子网掩码表示为255.255.255.0，二进制表示为11111111.11111111.11111111.00000000
例2：172.16.198.12/20，其子网掩码表示为255.255.240.0，二进制表示为11111111.11111111.11110000.00000000
不难发现，例1中共有24个１，例2中共有20个１，所以n是这么来的。运营商ISP常用这样的方法给客户分配IP地址。

• 子网掩码可以分离出IP地址中的网络地址和主机地址，那为什么要分离呢？因为两台主机要通信，首先要判断是否处于同一网段，即网络地址是否相同。如果相同，那么可以把数据包直接发送到目标主机，否则就需要路由网关将数据包转发送到目的地。
  • A主机要与B主机通信，A和B各自的IP地址与A主机的子网掩码进行“与”（And）运算，看得出的结果：
    • 如果结果相同，则说明这两台主机是处于同一个网段，这样A可以通过ARP广播发现B的MAC地址，B也可以发现A的MAC地址来实现正常通信。
    • 如果结果不同，ARP广播会在本地网关终结，这时候A会把发给B的数据包先发给本地网关，网关再根据B主机的IP地址来查询路由表，再将数据包继续传递转发，最终送达到目的地B。
    • 计算机的网关（Gateway）就是到其他网段的出口，也就是路由器接口IP地址。路由器接口使用的IP地址可以是本网段中任何一个地址，不过通常使用该网段的第一个可用的地址或最后一个可用的地址，这是为了尽可能避免和本网段中的主机地址冲突。

 

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 intet_addr()

• 函数原型：

  • int_add_t inet_addr(const char *cp)

• 输入参数：字符串，一个点分十进制的IP地址

• 返回值：如果正确执行将返回一个无符号长整数型数。如果传入的字符串不是一个合法的IP地址，将返回INADDR_NONE。

• 头文件：Winsock2.h (windows)，arpa/inet.h (Linux)

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  setsockopt/ getsockopt

• 函数原型：

  • int setsockopt(int sock, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
  • int getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

• 输入参数：
  • sock：将要被设置或者获取选项的套接字。
  • level：选项所在的协议层。
  • optname：需要访问的选项名。
  • optval：
    • getsockopt()，指向返回选项值的缓冲。
    • setsockopt()，指向包含新选项值的缓冲。
  • optlen：
    • getsockopt()，作为入口参数时，选项值的最大长度。作为出口参数时，选项值的实际长度。
    • 对于setsockopt()，现选项的长度。
• 返回值：成功执行时，返回0。失败返回-1，errno被设为以下的某个值  
  • EBADF：sock不是有效的文件描述词
  • EFAULT：optval指向的内存并非有效的进程空间
  • EINVAL：在调用setsockopt()时，optlen无效
  • ENOPROTOOPT：指定的协议层不能识别选项
  • ENOTSOCK：sock描述的不是套接字

 选项名称　　　　　　　　              说明　　　　　　　　　　　　　　　　数据类型
========================================================================
　　　　　　　　　　　　        SOL_SOCKET
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SO_BROADCAST　　　　　　允许发送广播数据　　　　　　　　　　　　int
SO_DEBUG　　　　　　　　允许调试　　　　　　　　　　　　　　　　int
SO_DONTROUTE　　　　　　不查找路由　　　　　　　　　　　　　　　int
SO_ERROR　　　　　　　　获得套接字错误　　　　　　　　　　　　　int
SO_KEEPALIVE　　　　　　保持连接　　　　　　　　　　　　　　　　int
SO_LINGER　　　　　　　 延迟关闭连接　　　　　　　　　　　　　　struct linger
SO_OOBINLINE　　　　　　带外数据放入正常数据流　　　　　　　　　int
SO_RCVBUF　　　　　　　 接收缓冲区大小　　　　　　　　　　　　　int
SO_SNDBUF　　　　　　　 发送缓冲区大小　　　　　　　　　　　　　int
SO_RCVLOWAT　　　　　　 接收缓冲区下限　　　　　　　　　　　　　int
SO_SNDLOWAT　　　　　　 发送缓冲区下限　　　　　　　　　　　　　int
SO_RCVTIMEO　　　　　　 接收超时　　　　　　　　　　　　　　　　struct timeval
SO_SNDTIMEO　　　　　　 发送超时　　　　　　　　　　　　　　　　struct timeval
SO_REUSERADDR　　　　　 允许重用本地地址和端口　　　　　　　　　int
SO_TYPE　　　　　　　　 获得套接字类型　　　　　　　　　　　　　int
SO_BSDCOMPAT　　　　　　与BSD系统兼容　　　　　　　　　　　　　 int

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

sendto()

• 函数原型：int sendto(int s, const void * msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr * to, int tolen);
• 输入参数：
  • s ：已建好连线的socket，利用UDP协议则不需经过连线操作；
  • msg ：指向欲连线的数据内容；
  • flags ：一般设0
  • to ：用来指定欲传送的网络地址
  • sockaddr ：请参考bind()
  • tolen ：sockaddr 的结果长度.
• 输出参数：成功则返回实际传送出去的字符数；失败返回－1, 错误原因存于errno 中.

• 错误代码：

EBADF 参数s 非法的socket 处理代码.
EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间.
WNOTSOCK canshu s 为一文件描述词, 非socket.
EINTR 被信号所中断.
EAGAIN 此动作会令进程阻断, 但参数s 的soket 为补课阻断的.
ENOBUFS 系统的缓冲内存不足.
EINVAL 传给系统调用的参数不正确.

• 头文件：
  • #include
  • #include

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recvfrom()

• 函数原型：int recvfrom(int s, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *from,int *fromlen);
• 函数说明：recv()用来接收远程主机经指定的socket 传来的数据, 并把数据存到内存空间.
• 输入参数：
  • s ：已建好连线的socket，利用UDP协议则不需经过连线操作；
  • buf ： 把数据存到由buf 指向的内存空间；
  • len ：可接收数据的最大长度
  • flags： 一般设0
  • from ：用来指定欲传送的网络地址
  • sockaddr：请参考bind().
• 输出参数：成功则返回实际传送出去的字符数；失败返回－1, 错误原因存于errno 中.
• 示例：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define PORT 2345
#define SERVER_IP “127.0.0.1”

main()
{
   int s, len;
   struct sockaddr_in addr;
   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
   char buffer[256];
   
   //建立socket
    if((s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
    {
        perror(“socket”);
        exit(1);
    }
    //填写sockaddr_in
    bzero(&addr, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;     //sin_family:表示协议簇，一般用AF_INET表示TCP/IP协议
    addr.sin_port = htons(PORT);                                    
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);//sin_addr是联合体，可用多种方式表示IP
                                                //通常用无符号长整型数据来表示IP地址
    while(1)
    {
        bzero(buffer, sizeof(buffer));  //所有位致0
        //从标准输入设备取得字符串
        len = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
        //将字符串传送给server 端
        sendto(s, buffer, len, 0, &addr, addr_len);
        //接收server 端返回的字符串
        len = recvfrom(s, buffer, sizeof(buffer), 0, &addr, &addr_len);
        printf(“receive: %s”, buffer);
    }
}