Linux网络编程——网络套接字初识

1. IP地址

举个例子：

《西游记》中，唐僧要去取件，总是说从“东土大唐”来，前往“西天”拜佛求经，从哪里来，到哪里去，这一直都是不变的。

这里的“东土大唐”就是源IP地址，“西天”就是目的IP地址

在路上，一直发生变化的是上一站从哪来和下一站到哪去，比如说上一站在“女儿国”，下一站要去“火焰山”，这里的依据就是最终要去哪里

这里一直发生变化就叫做**mac地址**

IP地址存在的意义就是，它能够指导我们进行路径规划。现在主流IP地址是IPv4，它是4字节、32比特位的整数，例如192.168.1.1它能标定特定主机的唯一性。

当2台主机不在同一个子网的时候，那就需要把数据交给先给路由器，让路由器进行重新“路线规划”。

“重新路线规划”之后再交给下层，即上图的令牌环驱动程序（这里只是一个例子），加上了令牌环的报头，可是这对于上层来说，它们收到报文的时候，这个报头已经去掉了。

所以有了IP协议（工作在IP层的路由器）的存在，底层的差异被屏蔽了，一切皆是IP报文。

IP地址 Vs Mac地址：

IP地址（尤其是目的IP），一般都不是不会改变的；

而Mac地址，出局域网之后，源和目的都会被丢弃，让路由器重新选择

2. 端口号

1. 网络协议栈中下三层，主要解决的是数据安全可靠传输到远端机器上（主机 -> 主机）

2. 用户使用应用层软件完成数据的发送和接收

用户要使用这个软件，就得先把这个软件启动起来，这本质上就是进程，也就是进程A向进程B发起数据请求，这是进程通信，只不过它们使用了网络协议栈。

我们在传输层收到信息，它要向上交付给应用层，比如说应用层有很多软件：微信、QQ、淘宝什么的，应用层和传输层就需要协商一种方案，也就是端口号，传输层报文里面携带这个端口号，就能知道将数据交付给哪个应用。

端口号无论是对于客户端还是服务端，都能唯一标识该主机上的一个网络应用层的进程

在公网上，IP能标识唯一一台主机，而端口号能标识该主机的唯一进程，所以IP+Port能标识全网唯一一个进程

这种IP+Port的通信方式，我们叫做socket

在主机里面，进程pid能标识进程的唯一性，那为什么还要有port呢？

站在技术层面，用pid来标识网络应用的唯一性，是可以实现的；但是pid是系统层面的，如果系统层面改了，那网络层面也需要作出改变，所以给网络单独设计一套规则，这也就能进行解耦。

2台主机进行通信，是要绑定端口号的

传输层内部，操作系统会实现一个哈希表，里面存的是task_struct*，当我们绑定端口号的时候，如果发现这个端口号没有在哈希表中，则可以绑定，将这个进程pcb的地址放进去；如果哈希表中有了，则表明这个端口号已被占用，需要换一个。

3. 初识TCP协议 && UDP协议

tcp(Transmission Control Protocol)和udp(User Datagram Protocol)协议都是传输层的协议的，而传输层是离用户最近的，所以一般以通信为目的的代码都是传输层提供的接口，传输层提供的协议就是tcp和udp。

tcp叫传输控制协议：

• 面向字节流
• 可靠传输
• 有连接

在数据传输之前要保证通信信道的通畅

udp叫用户数据报协议：

• 无连接
• 不可靠传输
• 面向数据报

这里的可靠和不可靠，并不是褒义贬义词，而是一个描述特征词汇

4. 网络字节序

内存多字节数据对于内存都有高低地址之分，如何存储就有了不同意见，即大端存储还是小端存储，这也说不上哪种更好。所以对于网络，就要考虑这个问题，如果大端机向小端机发送数据，那么小端在数据解析的时候，就会发送解析错误。

对于数据的存储，有兴趣可以查看此篇文章：数据的存储

计算机出现的比网络早，计算机对于大小端的争论没得出结果，网络为了不影响自己，于是直接规定网络当中的数据全部为大端，所以对于小端机，发送数据前，要先将小端转大端。

为了网络程序的可移植性，下面库函数做网络字节序和主机字节序的转换

#include 
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

• h标识host，n表示network，l表示32为长整数，s表示16位短整数
• 如果主机是小端字节序,这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回
• 如果主机是大端字节序,这些 函数不做转换,将参数原封不动地返回

5. socket创建API

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,socklen_t* address_len);
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

套接字编程种类：

1. 域间套接字编程

   同一个机器内（本地通信）

2. 原始套接字编程

   绕过传输层，使用底层的接口，一般用来编写一些网络工具

3. 网络套接字编程

   使用传输层，进行用户间的网络通信

理论上不同种类的套接字，是需要三套接口的，可是设计者直接设置成了一套（统一抽象化），要保证接口统一，参数类型必须是统一的，即struct sockaddr*

每个接口的前2个字节是可以进行判断的

if(address->type == AF_INET)
{
    //网络
}
else if(address->type == AF_UNIX)
{
    //本地
}

这其实就是多态的体现，只是之前C语言并没这个东西，所以我们用的时候强转即可