网络通信（1）

网络：

    不同主机间的通信问题 
    实现网络通信

1. 物理层面 有一个 信息通路 （有线 ；无线 ；5G；4G；星链 ）
2. 软件层面(逻辑层面) 也需要 一个通路 

网络编程  
    Open System Interconnect  (OSI网络模型） 
    为了解决不同体系结构的网络的互联问题，国际标准化组织ISO(注意不要与OSI搞混）于1981年制定了开放系统互连参考模型
    （Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM） 

osi参考模型 

7. 应用层	直接获取要收发的数据
6. 表示层	规定了 传输数据的格式 和 方式  //加密
5. 会话层	处理一次会话过程
4. 传输层	传输控制层，控制传输过程，保证数据完整和可靠
3. 网络层 (网际层)	用于解决 网络 与 网络之间 数据传输   //数据包
2. 数据链路层	规定了传输数据的格式   //帧数据 控制传输过程可靠
1. 物理层	规定了物理层面的电气特性及相关机械特性  物理层面数据的传输 ---  一位一位二进制数据  //比特流

实际应用到的是 tcp/ip 模型 ;每个层次中，都有自己的一套规范 (协议) 

操作系统角度:

        （1）用户层               应用层 ---------程序员 
        （2）内核层               传输层----------这些层次 操作系统已经实现 
                  网络层         //tcp/ip 协议 栈  (网络协议栈)
                  数据链路层    
                  物理层 

1.   IP

        是网络中主机的唯一标识，它由网络地址和主机号组成。网络地址是子网的唯一标识，类似于电话号码的区号；主机号是子网内每台主机的编号。在现在(IPv4)的网络中，IP地址是32bit的二进制数，采用大端字节序：

        （1）表示方法(点分十进制)

直接使用二进制数，不容易记忆，为了方便记忆，将32位二进制码划分为4个字节，每个字节转化成相应的十进制数，字节之间用“.”来分隔，这种表示方法，称之为“点分十进制表示法”。

例：192     .168     .1        .1

    11000000 10101000 00000001 00000001

      （2）分类

        （3）范围

类型	范围	用途
A类	0.x.x.x---127.x.x.x.x	10.x.x.x	私网(局域网)地址
		127.x.x.x	环回网络地址
		其他	大型主干网地址
B类	128.x.x.x - 191.x.x.x	172.16.x.x - 172.31.x.x	私网(局域网)地址
		169.254.x.x	表示没有找到DHCP服务器
		其他	主干(城市)网地址
C类	192.x.x.x - 223.x.x.x	192.168.x.x	私网(局域网)地址
D类	组播地址
E类	保留

注意：主机号为0的IP地址是网络地址，主机号为255的地址是广播地址。

2.  ip地址的组成：

   网络号 + 主机号 

• 网络号 ---表示所处的网络 
• 主机号 ---表示能容纳的主机

2.  端口号 

        用来表示主机中某一个具体(进行网络通信)进程 ；16位数值(unsigned short ) //0~65535 (65536个数)标示一个进程

      ip+端口：进程在网络的 地址  
      TCP和 UDP 的端口号是独立的

 (1) 作用:

1. 唯一的标识一个进程
2. 每一个应用程序进程有一个端口号，
3. 通讯时区分数据包属于哪个应用程序进程

(2) 分类

端口号一般由IANA (Internet Assigned NumbersAuthority) 管理
   1）众所周知端口：
                  1~1023（1~255之间为众所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系统占用）
                  知名端口号(已经分配给标准应用服务软件) 
                  如: 
                  http协议用到的端口号 80 
   2） 已登记端口：  
                  1024~49151
                  注册端口号(非标准应用服务软件的软件可以申请的端口号范围)
    3）动态或私有端口：//50000 以上的端口号 
                  49152~65535 动态分配的端口号(系统动态分配给应用程序使用的)

(3) 长度

        2字节(16bit) 
         

3.掩码     

         mask // 遮住 （255.255.255.0） 

获取IP地址中的网络地址和主机地址：

网络编程:

一、TCP（即传输控制协议）：

        一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)

适用情况：

1. 适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。
2. 在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议
3. QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关的功能通常采用TCP协议

tcp协议特点：

1. 面向连接   //类似打电话通话之前 ，必须先打通 
2. 可靠传输   //保证数据准确可靠 (tcp协议机制 里面的功能 )
3. 面向字节流程

二、UDP（User Datagram Protocol）

        用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。

适用情况：

1. 发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）
2. 在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。（如：无线网络）
3. 适合于广播/组播式通信中。
4. MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议
5. 流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP方式进行实时数据传输

UDP协议特点：    

1. 不可靠 
2. 无连接 
3. 数据报  

三、编程:

编程模型 
     c/s    client server    客户端，服务器模型     --- 专用客户端 
     b/s    browser server   浏览器，服务器模型     --- 通用的客户端 
     p2p    peer to peer     点对点传输     

1.基于UDP c/s通信模型:

（1）client ---客户端 --- 角色  --- 主动的角色  
socket：

1. 一种特殊的文件 --- 专门用于网络通信(不同主机间的进程)
2. socket 编程接口  --- socket 函数 
3. 提供了一个可以访问 操作系统 网络功能的接口 

sendto ：发数据 
（2）server --- 服务器端 --角色 --- 被动的角色  
socket ：
recvfrom    //接收数据 

编程函数：

1.socket函数：

int socket(int domain, int type, int protocol);

（1）功能：程序向内核提出创建一个基于内存的套接字描述符    
（2）参数：domain：域 (范围) ---socket 用于什么范围的通信，ipv4 / ipv6 ；

        domain  地址族， PF_INET == AF_INET ==>互联网程序
                                      PF_UNIX == AF_UNIX ==>单机程序

        type ：套接字类型：

• SOCK_STREAM  流式套接字 ===》TCP   
• SOCK_DGRAM   用户数据报套接字===>UDP
• SOCK_RAW     原始套接字  ===》IP

      protocol 协议 ==》0 表示自动适应应用层协议。

（3）返回值：成功：返回申请的套接字文件描述符 ；失败：  -1

#include 
#include 	       /* See NOTES */
#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{

	int fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

	if (fd < 0)
	{
		perror("socket fail");
		return -1;
	}
	
	printf("fd = %d\n",fd);
	return 0;
}

2.sendto函数：      

ssize_t sendto(    int sockfd,  //用于通信的socket对应的fd
                    const void *buf,  //表示要发送的数据所在的一块空间 
                            size_t len,  //表示发送的字节数 
                               int flags,  //0  --- 默认  

 const struct sockaddr *dest_addr,  //表示 要发送到的 地址 (网络地址 ip+端口号 ) 
                      socklen_t addrlen);   //表示dest_addr 这个参数的长度             

返回值：成功发送出去的字节的数 ；失败： -1 ；

#include 
#include 	       /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{

	int fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

	if (fd < 0)
	{
		perror("socket fail");
		return -1;
	}
	
	printf("fd = %d\n",fd);

	char buf[1024] = "hello udp\n";
	struct sockaddr_in seraddr;
	seraddr.sin_family = AF_INET;
	seraddr.sin_port = htons(50000);
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.149");

	sendto(fd,buf,strlen(buf)+1,0,(const struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));

	return 0;
}

struct sockaddr_in {
               sa_family_t    sin_family;         /* address family: AF_INET */
               in_port_t      sin_port;              /* port in network byte order */
               struct in_addr sin_addr;          /* internet address IP */
           };

           /* Internet address. */
           struct in_addr {
               uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
           };