网络编程(1)——TCP、UDP

原创已于 2025-09-02 17:43:03 修改 · 977 阅读

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#网络

于 2025-08-25 21:17:41 首次发布

1.基础知识

1.概念

不同主机的进程间通信

2.基本通信流程

ip地址 ---就是网络中身份证 ---- 用来唯一的标识一台主机

ip = 网络号 + 主机号

ip 本质 32位的数值

点分十进制

子网掩码

255.255.255.0

用来区分网络

默认网关

用于发送ip

DNS

将域名转化为用于寻址的ip地址

3.分层

osi模型 (开放的系统互联模型)
       7.应用层 //
       6.表示层 //加密传输的需要 --- 数据的格式化
       加密解密 gzip

       5.会话层 //连接状态 --长连接，短链接，连接的质量问题
       网络断开，连接状态，keep-close keep-alive
//登录某个网站:

       4.传输层 //传输控制协议
       tcp udp 协议文件视频，音频
       可靠传输 &
           tcp:
           下载文件，传输文件。
           udp：
           音频，视频，游戏开黑

       3.网络层 ----- 数据包 (packet)
       ip NAT
       //怎么找到对方

       2.链路层 (封装成帧 + 差错控制)
       交换机 (全双工，实时的工作的。)
           数据的格式化 (大量数据交互时，字节为单位，字节大小端)
           帧
           校验

       1.物理层 ----- bit流
           100Mb/8 Gbits 100MB 同轴电缆
           (
           电气特性: 0,1高低电平特性
           物理特性: 0,1

  规程特性: 超5类，超6类，远距离传输

2.tcp编程函数接口

1.socket

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
   #include <sys/socket.h>
   int socket(int domain, int type, int protocol);
功能:
   创建了通信的一端
       返回文件描述符
   参数:
   @domain //域 -- 范围
   //ip地址
           // ipv4 32位数据
           // ipv6 128位
           //本地套接字
   //protocol //协议
           AF_INET
@type //用来说明socket这种网络通信的文件的类型
           SOCK_STREAM //流式套接字 ---tcp
           SOCK_DGRAM //数据报套接字 ---udp
@protocol //协议
0 //linux系统上 SOCK_STREAM --- TCP
           //类linux系统行
           // SOCK_DGRAM --- UDP
   返回值:
成功返回socket对应的fd
失败 -1 && errno被设置 //perror

注：两个重点协议

TCP(transmision control protocol):(类似打电话)---可靠(1.连接 2.可靠传输 3.字节流)
1.特点:
a.面向连接(就是在进行通信之前，必须建立好一条逻辑上的通路)
b.提供可靠传输(四个"无"，无丢失，无失序，无差错，无重复)

2.建立连接:
tcp三次握手目的:建立连接

       client ------------------ server
       1 -- 我要通话 --> 1 //连接的请求
       2 <--嗯，我知道了,你可以-- //对方接听电话喂
       3 -- 嗯，好的 --> //喂

3.应用场合：
(1). 对可靠性要求较高场合
(2). QQ微信等软件的登录

UDP(User datagram Protocol):(类似生活中的广播) (1.不可靠, 2.无连接 3.数据报)
1.特点：
不提供可靠传输，
在数据发送时，不需要建立连接

2.应用:
(1).小数据，但是对速度要求较高
(QQ.及时文本信息，语音等)，实时性要求较高场合！
(2).广播，组播 //电子教师(vnc --- 广播)
(3).无线网的传输 //udp

2.connect

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能:
通过socket链接到指定的地址上
参数:
@sockfd --- socket创建的fd
   @addr --- 标识网络中一个进程对应的地址
   ip 确定一台主机
               端口号用来标识一个网络通信的进程
   ip+端口号
   struct sockaddr *addr//不是通用的
socket 不同的通信范围
不同通信域都有自己特定的结构体
ipv4
        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地址*/
       };   /* Internet address. */
       struct in_addr {
       in_addr_t s_addr; /* address in network byte order */
       };
       in_addr_t inet_addr(const char *cp);
  @addrlen
说明第二个参数的地址类型的大小
返回值:
成功 0
失败 -1&&errno

端口号:
16位的整型数据

0~1023 //1024 ---知名端口号
//http -- 80
1024~50000 //特定端口号
50000~ //临时分配的端口号

大小端
发送 --- 转换 --- 网络字节序 (大端)
接收 --- 根据主机的大小端转换
#include <arpa/inet.h>

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 -- host
to -- 到
n --network

l -- long //处理4字节数据
s -- short //处理2字节数据

in_addr_t inet_addr(const char *cp);
cp 表示要用的ip地址的字符串 //点分十进制
"192.168.0.150"
返回:
网络字节序形式的ip地址的32位数值

3.bind

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
int bind (int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
功能:
给sockfd 绑定一个地址信息(ip+port)
参数:
@sockfd --- 要操作的socket
@addr --- 要绑定的地址信息
@addrlen --- 地址信息对应的大小
返回值:
成功 0
失败 -1&&errno

4.listen

int listen(int sockfd, int backlog);
功能:
将sockfd对应的socket设置为监听套接字
//这个套接字负责看有没有客户端，发送连接请求
//有了放等待队列中
参数:
@sockfd ---socket 的fd
@backlog --- 等待队列的长度
返回值:
成功 0
失败 -1&&errno
//dos 攻击

5.accept

int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能:
从监听的socket中提取连接请求,完成连接(三次握手)
返回已连接的一个新socket
参数:
@sockfd --- 监听的socket的fd
@addr --- 用来存放,客户端的地址信息
@addrlen --- 值结果参数
注意: 必须初始化，初始成 addr对应sockaddr_in 类型的大小
返回值:
成功返回已连接的socket的fd //专门用于后面通信的
失败 -1 &&errno

6.send

ssize_t read( int fd, void *buf, size_t count );

   recv(sockfd,buf,sizeof(buf),0);<=>read(sockfd,buf,sizeof(buf),0);

   ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len , int flags);
   功能:
   向socket中发送信息
   参数:
   @sockfd --- 要操作的socket
       @buf --- 存放数据的空间
       @len --- 发送的数据大小
       @flags --- 操作标志
       MSG_DONTWAIT
   返回值:
   成功发送出去字节数
       失败 -1 && errno

7.recv

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len , int flags);
   功能:
   从socket中接收信息
   参数:
   @sockfd --- 要操作的socket
       @buf --- 存放数据的空间
       @len --- buf的大小
       @flags --- 指定读取信息的操作标志
       MSG_DONTWAIT
   返回值:
   成功读取到的字节数
       失败 -1 && errno

3.udp编程函数接口

1.socket

2.sendto

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能:
   向socket中发送信息
   参数:
   @sockfd --- 要操作的socket
       @buf --- 存放数据的空间
       @len --- 发送的数据大小
       @flags --- 操作标志
       MSG_DONTWAIT
       @dest_addr --- 要发送到的目的地址
       @addrlen --- 地址大小
   返回值:
   成功发送出去字节数
       失败 -1 && errno

3.bind

4.recvfrom

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
   功能:
   从socket中接收信息
   参数:
   @sockfd --- 要操作的socket
       @buf --- 存放数据的空间
       @len --- buf的大小
       @flags --- 指定读取信息的操作标志
       MSG_DONTWAIT
       @src_addr --- 保存客户端的地址信息
       @addrlen --- 值结果参数
       注意:
                   使用时，需要初始化 addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
   返回值:
   成功读取到的字节数
       失败 -1 && errno

4.交互过程

1.tcp

客户端

socket
connect
recv/send
close

服务器端

socket
bind
listen
accept
recv/send
close

注：交互过程中可能会出现粘包现象，是因为tcp的交互的特殊性导致的

解决方式：要让消息之间有边界

a. 结束标志 \r\n
b. 固定长度
c. 协议结构体

2.udp

客户端：主动

socket
sendto
recvfrom
close

服务器端：被动

socket
bind
recvfrom
printf
sendto
close