UNIX网络环境配置，网络编程学习前7章小结

前言

这一周开始学习UNIX网络编程了，虽然这一周项目的压力很大，不过最后还是顶住了压力，尽量平衡了实验室工作和自主学习。

不过话虽这么说，毕竟还是有一周的时间基本没怎么学习了，看我的博客发表日期就知道了，少了一篇。

好了，进入正文吧。

第一章：简介和TCP/IP

这一章一开始就展示了一个时间获取客户端程序和服务器端的程序。学过了linux程序设计之后，这部分的代码我已经可以直接看懂，也很容易的就自己编程完成了开发。不过编译的时候却出了问题。我在网上下载了该书的源码，发现加入的unp.h并不能使用，原来是这个头文件里面定义了特别多的包裹函数，即是包含了错误处理的函数。一番折腾之后，编译出了libunp.ａ的库文件，修改好了重定义。然后就成功的编译完成了第一个程序。并且在自己linux主机上完成了试验。

第二章：传输层：TCP、UDP和SCTP

这一章也主要是几个协议的简介，初步了解TCP，UDP，以及SCTP之间的区别，这些知识我在大学本科的时候已经学过一遍了，现在在复习了一次，所以看起来的速度还是挺快的。

最重要的TCP三次握手和4次握手终止也再复习了一次。比较重要的新知识就是TCP状态转换图了。特别是在主动关闭那端的TIME_WAIT状态，停留2个MSL长度，来保证网络中遗留的连接分节全部消失，避免新的连接接收到这些老的数据。

其他各种状态用的也非常的多，36页的TCP状态图也经常翻回来看。

第三章：:套接字编程简介：

第一部分讲述的内容是套接字地址结构，现在用的是ipv4和ipv6，还有一些其他的unix上的结构，大体上就包括三个部分，sin_family, sin_port, sin_addr三个部分，ipv6的在为sin6。并且有一个通用的套接字结构，sockaddr_storage，在不确定地址的时候可以使用这个。字节排序函数用来统一网络上的字节序，避免不同的主机读取到消息后产生不同的判断。常用的函数有四个。

地址转换函数有inet_pton和inet_ntop是两个新的，ipv4和ipv6都适用的字符串转换ip地址的函数。以后的代码中尽量都使用这个新的函数。

第四章：基本的TCP套接字编程

到了这一章，总算是涉及了编程了。过程还是与之前的学习相同的，socket函数生成套接字，bind函数绑定套接字与ip和端口，listen函数改变套接字为监听模式。connect函数连接套接字，accept函数返回新的用于通信的套接字。

在这里新学到的知识就是明白了bind函数到底是用来干嘛的，之前的学习只说给套接字命名，但是不明白有什么作用，客户端可以不调用bind函数直接调用connect函数，这样系统内核就会自动给客户端的套接字分配一个ip和端口号，然后用这个ip和端口号与服务器通信，那么服务器可以不调用bind函数吗？想想就明白不可能了，因为如果服务器的ip和端口号是随机分配的，那么客户端怎么知道去连接哪一个端口号和ip呢。并且通配地址也不是指任何地址，而是由内核分配地址的。

listen函数会把创建的默认主动套接字改成被动套接字，第二个参数就是可以未完成队列和已完成队列的总数和了，不一定等于第二个参数的值，取决于系统的实现。并且在listen阶段就会和客户端完成3次握手，完成之后就进入了已完成队列了，等待accept函数的调用。

accept函数可以得到客户的ip和端口，并且返回可以与客户进行通信的sockfd，然后就可以开始通信。

服务端可以在接收到一个新的客户端请求之后调用fork函数和exec函数来建立多进程服务客户端。

最后完成了通信之后，调用close函数关闭套接字，如果关闭的是最后一个对套接字的引用时，会主动发送一个FIN信号。

getsockname与getpeername可以用来获得本地或者客户端的IP地址和端口号，一般用在子进程处理中。

第五章：TCP客户/服务器端程序实例

这一章列出了最简单的服务器与客户端程序，实现的功能就是客户端输入，服务器端回射，然后在此基础上讨论各种可能在通信过程中出现的问题。不过介于我使用的时候只能在本地上做实验，有一些情况并没能亲自测试一次。

程序运行之后调用netstat -a可以查看到端口与ip地址对应的网络状态。

正常终止的时候，输入ctrl+D就可以发送一个EOF，read调用将会返回一个0，代表到达了文件末尾了。客户端先关闭了套接字，因此会发送一个FIN给服务器端，服务器端收到EOF之后也会关闭套接字，因此发送终结连接的最后两个分节，服务器端到客户端的FIN和客户端到服务器的ACK。然后客户端进入TIME_WAIT状态，直到所有的分节都在网络中消失。

然后是关于子进程结束的信号处理，使用wait函数与waitpid函数，又有阻塞和非阻塞之分，这些内容在学习linux程序设计的时候基本已经学习到了，所以不是特别大的问题。

之后便是各种连接可能遇到的问题，accept之前收到RST信号的处理取决于各个系统的实现，所以基本上没有一个确定的答案。 服务器端关闭的时候，如果sockfd被关闭了，那么会主动发送一个FIN给客户端，客户端然后返回一个ACK，但是这时连接还没有终止，除非客户端收到FIN之后主动关闭套接字，才会完成四次握手，关闭连接，此时客户端还是可以继续往套接字里写数据的，不过由于服务器已经奔溃，所以服务器端回返回一个RST信号回来。客户端在调用玩write函数之后调用read，会由于之前收到的FIN信号立刻返回一个EOF，然后结束进程。

如果上述的情况下，客户端不管收到的RST信号，继续往套接字里写，那么内核会发送一个SIGPIPE信号给进程，默认终止进程。

服务器端奔溃，不会发送FIN信号，因此客户端什么也不会收到。客户端发送给服务器端的消息不会收到ACK，或者客户端阻塞在read调用之上，最终会导致timeout错误或者unreachable错误。

如果服务器奔溃后重启了，那么客户端发送的消息会返回一个RST信号。

数据格式是在网络中传输的一个重要问题，由于字节序的问题，所以在不同机器上传递数据是有风险的，不一样的结构会导致传递错误，所以就有了http超文本协议，传递字符串是一定不会出错的。

第六章：IO复用：select函数和poll函数

这一章主要讲诉的是IO模型，有5种基本的模型：

阻塞式IO，非阻塞式IO，IO复用， 信号驱动式IO， 异步IO。

最常用的就是前三个了，信号驱动式io在描述符就绪时，内核会发送SIGIO通知我们。异步IO是使用的非常少的。

使用select函数和poll函数可以完成IO复用，调用的时候阻塞在select函数上，直到有一个文件描述符可用，然后才返回可用的个数。使用宏定义FD_ISSET来测试该描述符是否是可用的描述符。调用select函数的第一个参数maxfdp1是所有描述符里最大值加一，所以用起来会有一些不方便，但是熟悉了之后不是问题。

shutdown函数可以只关闭RD或者WR部分，关闭WR部分时会主动发送一个FIN，不用等到所有的文件描述符都关闭。但是这部分里有一个问题我没能解决，就是重定向文件给stdin，我试了几次都失败了，暂时没有找到解决的办法。

第七章：套接字选项

这一部分就是特别理论的部分了，不过还好我之前本科的学习还记得不少，所以大部分的知识没有花费太多的力气就了解了，只是可能真的记不住，选项主要使用setsockopt函数与getsockopt函数来设置与获取。唯一有些头疼的部分就是值-结果参数了，这个参数主要是用来描述内核与进程通信时使用的参数的，重点就是需要传输结构的大小参数。在设置和获取套接字选项的时候，获取参数的数据结构是不同的，这一部分理解了就没有问题了。

其他的选项有些比较重要，看一遍的时候理解，不过估计过不了多久久会忘记，所以这一部分应该以后会需要常常回来复习的。

我学习完之后直观感觉，常用的应该是这些：SO_KEEPALIVE, SO_LINGER, SO_REVBUF, SO_SNDBUF, SO_REUSEADDR, SO_REUSEPORT, TCP_NODELAY。学完感觉差不多就是这些了。以后其他的 需要的时候再回来看就行了，

总结

这一周的学习让我感觉到我的速度应该可以变快更多，不过由于最近忙于考试和项目，没有更多的时间花在这里了，只能暂时保持这个进度前进吧。东西不难，我希望能学到更多，更快。课后的习题我尝试去做了，基本都很简单，希望这代表我都已经学明白了。