Linux网络编程系列一：全球IP因特网

之前一直都没有做过网络编程的相关学习，昨天突然翻了翻《深入浅出计算机系统》，发现是个入门的好方法，因此在此做一下学习笔记，同时学习了linux相关命令，何乐而不为。

客户端-服务器编程模型

所有的网络应用都是基于相同的基本编程模型，有着相似的整体逻辑结构，并且依赖相同的编程接口。

一个应用由一个服务器进程或者多个客户端进程组成，要记住这里的客户端和服务器指的都是进程，而不是常常提到的机器或者主机，这是非常重要的。

全球IP因特网

TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网络协议）

• IP协议提供基本的命名方法和递送机制

• UDP （Unreliable Datagram Protocol，不可靠数据报协议）稍微扩展了IP协议，使得包可以在进程间而不是在主机间传送。
• TCP是构建在IP之上的复杂协议，提供进程间可靠的全双公（双向的）连接

IP地址

IP地址结构：

struct in_addr{
   unsigned  int s_addr;
};

网络-主机地址翻译

 不同的主机可以有不同的主机字节顺序，因此TCP/IP为任意整数项定义了同意的网络字节顺序（大端字节顺序），因此便产生了以下函数

#include <netinet/ in.h>
// 将32位整数由主机字节顺序转换为网络字节顺序
unsigned  long  int htonl(unsigned  long  int hostlong);
unsigned  short  int htons(unsigned  short  int hostshort);

// 将32位整数从网络字节顺序转换为主机字节
unsigned  long  int ntohl(unsigned  long  int netlong);
unsigned  short  int ntohs(unsigned  short  int netshort);

IP地址和点分十进制转换

学到这里，我感觉网络编程，其实就是在记忆各种系统提供的函数调用，学的全是函数呵呵。

#include<arpa/inet.h>
// 将点分十进制串(cp)转换为网络字节顺序的IP地址(inp)，传递的是指向IP结构的指针
int inet_aton( const  char*cp,  struct in_addr* inp);

// 将网络字节顺序的IP地址转换为对应的点分十进制串
char* inet_ntoa( struct in_addr  in);

// 其中，n表示network，a表示application，to表示转换

IP地址结构/网络主机地址翻译/IP与点分十进制转换的2个例子

例子1：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/ in.h>

// 将十六进制的字符串转换成整数  
int htoi( char s[])  
{  
     int i;  
     int n =  0;  
     if (s[ 0] ==  ' 0 ' && (s[ 1]== ' x ' || s[ 1]== ' X '))  
    {  
            i =  2;  
    } else {  
        i =  0;  
    }  
     for (; (s[i] >=  ' 0 ' && s[i] <=  ' 9 ') || (s[i] >=  ' a ' && s[i] <=  ' z ') || (s[i] >= ' A ' && s[i] <=  ' Z ');++i)  
    {  
         if (tolower(s[i]) >  ' 9 ')  
        {  
            n =  16 * n + ( 10 + tolower(s[i]) -  ' a ');  
        }   else      {  
            n =  16 * n + (tolower(s[i]) -  ' 0 ');  
        }  
    }  
     return n;  
}  

int main( int argc,  char** argv){
     if(argc< 2)  return  0;
     struct in_addr  in;
     // 第一步，将十六进制字符串转换成十进制
     // 第二步，将网络字节顺序，转换成主机字节顺序
     // 第三步，利用inet_ntoa函数将网络字节顺序地址，转换成点分十进制串
     in.s_addr = ntohl(htoi(argv[ 1]));
    printf( " %s \n ", inet_ntoa( in));
     return  0;
}

运行结果：

 

crazyant@crazyant-virtual-machine:~/CPPWorkBench$ ./hex2dd 0x8002c2f2
128.2.194.242

 

例子2：

/*
* 将点分十进制串转换成十六进制串并打印出结果 
*/

#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/ in.h>
#include <stdio.h>

int main( int argc,  char** argv){
     struct in_addr inp;
     if(argc< 2)  return  0;
     // int inet_aton(const char*cp, struct in_addr *inp);
     // 将一个点分十进制串(cp)转换为一个网络字节顺序的IP地址(inp)
    inet_aton(argv[ 1],&inp);
    
     // unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);
     // 将32位整数由网络字节顺序转换为主机自己顺序，这样输出才不会相反
    printf( " %x \n ", ntohl(inp.s_addr));
     return  0;
}

运行结果：

 

crazyant@crazyant-virtual-machine:~/CPPWorkBench$ ./dd2hex 128.2.194.242
8002c2f2

因特网域名

域名组成了层次结构，从上到下依次是.com，自定义，www 从下到上，依次连接变成了最终的域名

DNS数据库由大量的如下的主机条目结构，其中每条定义了一组域名（一个官方名字和一组别名）和一组IP地址之间的映射，其实每个主机条目就是一个域名和IP地址的等价类

/* DNS主机条目结构 */
struct hostent{
     char *h_name;  // 官方的主机名字
     char **h_aliases;  // 主机名字数组
     int h_addrtype;  // 主机地址类型
     int h_length;   // 主机地址长度，按位计算
     char **h_addr_list;  // 网络地址结构体数组
};

因特网应用程序，可以通过两个函数对DNS进行检索：

#include<netdb.h>
// 返回和域名name相关的主机条目
struct hostent *gethostbyname( const  char* name);

// 返回和IP地址addr相关联的主机条目 ，第二个参数给出了IP地址的字节长度，当前都为4，第三个参数一直是0
struct hostent *gethostbyaddr( const  char* addr,  int len,  0);

DNS结构体/获取域名的DNS信息例子

#include  " csapp.h "
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>

int main( int argc,  char** argv){
     char **pp;
     struct in_addr addr; // ip地址结构体
     struct hostent *hostp; // dns上的主机条目的结构体
    
     if(argc!= 2){
         // 参数必须为域名或者IP地址
        fprintf(stderr,  " usage: %s <domain name or dotted-decimal>\n ", argv[ 0]    );
        exit( 0);
    }
    
     if(inet_aton(argv[ 1],&addr)!= 0){
         // 说明参数是一个IP地址
        hostp = gethostbyaddr(( const  char*)&addr,  sizeof(addr), AF_INET);
    }  else {
        hostp = gethostbyname(argv[ 1]); // 说明是域名 
    }
    printf( " official hostname:%s \n ", hostp->h_name);
     for( pp=hostp->h_aliases; *pp!=NULL; pp++){
        printf( " alias: %s\n ",*pp);
    }
     for(pp=hostp->h_addr_list; *pp!=NULL; pp++){
        addr.s_addr=(( struct in_addr*)*pp)->s_addr;
        printf( " address: %s\n ", inet_ntoa(addr));    
    }
    exit( 0);
}

运行结果：

 

crazyant@crazyant-virtual-machine:~/CPPWorkBench$ ./hostinfo google.com
official hostname:google.com
address: 74.125.128.100
address: 74.125.128.138
address: 74.125.128.113
address: 74.125.128.102
address: 74.125.128.139
address: 74.125.128.101
crazyant@crazyant-virtual-machine:~/CPPWorkBench$ ./hostinfo google.com
official hostname:google.com
address: 74.125.128.101
address: 74.125.128.139
address: 74.125.128.102
address: 74.125.128.113
address: 74.125.128.138
address: 74.125.128.100
crazyant@crazyant-virtual-machine:~/CPPWorkBench$ ./hostinfo google.com
official hostname:google.com
address: 74.125.128.138
address: 74.125.128.100
address: 74.125.128.101
address: 74.125.128.139
address: 74.125.128.102
address: 74.125.128.113

运行了三次，大家仔细观察会发现，google.com的地址列表每次以一种不同的/轮转（round robin)的顺序返回，这可以用来对一个大量使用的域名的请求做 负载平衡

 

因特网连接

因特网上的数据是双向/全双工进行发送和接受的，每个主机可以用一个套接字来标识

套接字 = IP地址：端口号

客户端的套接字和服务器段的套接字共同组成了一个套接字对，它标识了唯一的一个连接

一个连接 = （客户端IP：客户端端口， 服务器IP：服务器端口）

 

小结

本次主要是整理了客户端服务器模型/IP地址结构/网络主机地址翻译/IP和16进制转换/DNS条目结构体与检索/套接子概念等内容，下次将会学习创建网络应用的套接子接口（又一套函数）。