Linux 网络编程

一.TCP/IP理论基础
1.协议栈
Linux的优点之一就是在于它丰富而稳定的网络协议栈，其范围是从协议无关层（如通用的socket层接口和设备层）到各种网络协议的实现
对于网络理论介绍一般采用OSI模型，但是Linux中网络栈的介绍一般分为四层的Internet模型

2.TCP/IP协议族
TCP/IP 实际上一个协同工作的通信家族，为网络数据通信提供通路。为讨论方便可TCP/IP 协议组大体上分为三部分：
1）Internet 协议（IP）
2）传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）
3）处于 TCP 和 UDP 之上的一组应用协议。它们包括：TELNET，文件传送协议（FTP），域名服务（DNS）和简单的邮件传送程序（SMTP）等

3.网络层
第一部分称为网络层。主要包括Internet 协议（IP）、网际控制报文协议（ICMP）和地址解析协议（ARP）
Internet 协议（IP）
该协议被设计成互联分组交换通信网，以形成一个网际通信环境。它负责在源主机和目的地主机之间传输来自其较高层软件的称为数据报文的数据块，它在源和目的地之间提供非连接型传递服务
网际控制报文协议（ICMP）
它实际上不是IP层部分，但直接同IP层一起工作，报告网络上的某些出错情况。允许网际路由器传输差错信息或测试报文。
地址解析协议（ARP）
ARP 实际上不是网络层部分，它处于IP和数据链路层之间，它是在32位IP地址和48位物理地址之间执行翻译的协议

4.传输层协议
第二部分是传输层协议，包括传输控制协议和用户数据报文协议
传输控制协议（TCP）：
该协议对建立网络上用户进程之间的对话负责，它确保进程之间的可靠通信，所提供的功能如下：
1）监听输入对话建立请求
2）请求另一网络站点对话
3）靠的发送和接收数据
4）适度的关闭对话
用户数据报文协议（UDP）：
UDP 提供不可靠的非连接型传输层服务，它允许在源和目的地之间传送数据，而不必在传送数据之前建立对话。它主要用于那些非连接型的应用程序，如：视频点播

5.应用协议层
这部分主要包括Telnet，文件传送协议（FTP 和TFTP），简单文件传送协议（SMTP）和域名服务（DNS）等协议

6.IP 协议
IP主要有以下四个主要功能：
数据传送
寻址
路由选择
数据报文的分段
IP的主要目的是为数据输入/输出网络提供基本算法，为高层协议提供无连接的传送服务.这意味着在IP将数据递交给接收站点以前不在传输站点和接收站点之间建立对话。它只是封装和传递数据，但不向发送者或接收者报告包的状态，不处理所遇到的故障
IP包由IP协议头与协议数据两部分构成

7.TCP协议
TCP是重要的传输层协议，目的是允许数据同网络上的其他节点进行可靠的交换。它能提供端口编号的译码，以识别主机的应用程序，而且完成数据的可靠传输TCP 协议具有严格的内装差错检验算法确保数据的完整性TCP 是面向字节的顺序协议，这意味着包内的每个字节被分配一个顺序编号，并分配给每包一个顺序编号
TCP协议头

8.UDP
UDP也是传输层协议，它是无连接的，不可靠的传输服务.当接收数据时它不向发送方提供确认信息，它不提供输入包的顺序，如果出现丢失包或重份包的情况，也不会向发送方发出差错报文.由于它执行功能时具有较低的开销，因而执行速度比TCP快
UDP协议头

二.Linux 网络程序设计
Linux中的网络编程通过Socket(套接字)接口实现
1.Socket是一种文件描述符
套接字socket有三种类型：
流式套接字（SOCK_STREAM）
流式的套接字可以提供可靠的、面向连 接的通讯流。它使用了TCP协议。TCP保证了数据传输的正确性和顺序性
数据报套接字（SOCK_DGRAM）
数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错,它使用数据报协议UDP。
原始套接字
原始套接字允许对低层协议如IP或ICMP直接访
问，主要用于新的网络协议的测试等

2.字节序转换
htons
把unsigned short类型从主机序转换到网络序
htonl
把unsigned long类型从主机序转换到网络序
ntohs
把unsigned short类型从网络序转换到主机序
ntohl
把unsigned long类型从网络序转换到主机序

3.地址转换
IP地址通常由数字加点(192.168.0.1)的形式表示，而在struct in_addr中使用的是IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面两个函数：
int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp)
char *inet_ntoa(struct in_addr in)
函数里面 a 代表 ascii n 代表network.第一个函数表示将a.b.c.d形式的IP转换为32位的IP,存储在 inp指针里面。第二个是将32位IP转换为a.b.c.d的格式

4.函数
进行Socket编程的常用函数有：
socket
创建一个socket
bind
用于绑定IP地址和端口号到socket
connect
该函数用于绑定之后的client端与服务器建立连接
listen
设置能处理的最大连接要求，Listen()并未开始接收连线，只是设置socket为listen模式。
accept
用来接受socket连接。
send
发送数据
recv
接收数据

5.socket建立
int socket(int family, int type, int protocol);
socket()打开一个网络通讯端口，如果成功的话，就像open()一样返回一个文件描述符，应用程序可以像读写文件一样用read/write在网络上收发数据，如果socket()调用出错则返回-1
对于IPv4，family参数指定为AF_INET
对于TCP协议，type参数指定SOCK_STREAM，表示面向流的传输协议如果是UDP协议，则type参数指定为SOCK_DGRAM，表示面向数据报的传输协议
protocol参数的介绍从略，指定为0即可

6.Bind绑定
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
服务器程序所监听的网络地址和端口号通常是固定不变的，客户端程序得知服务器程序的地址和端口号后就可以向服务器发起连接，因此服务器需要调用bind绑定一个固定的网络地址和端口号.bind()成功返回0，失败返回-1。
bind()的作用是将参数sockfd和myaddr绑定在一起，使 sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听myaddr所描述的地址和端口号
struct sockaddr *是一个通用指针类型，myaddr参数实际上可以接受多种协议的sockaddr结构体，而它们的长度各不相同，所以需要第三个参数addrlen指定结构体的长度

7.setsockopt
在server代码的socket()和bind()调用之间插入如下代码：
int opt = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

8.sockaddr_in 初始化
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
首先将整个结构体清零，然后设置地址类型为AF_INET，网络地址为INADDR_ANY，这个宏表示本地的任意IP地址，因为服务器可能有多个网卡，每个网卡也可能绑定多个IP地址，这样设置可以在所有的IP地址上监听，直到不某个客户端建立了连接时才确定下来到底用哪个IP地址，端口号为SERV_PORT，我们定义为8000

9.Accept 连接
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
三方插手完成后，服务器调用accept()接受连接，如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求，就阻塞等待直到有客户端连接上来,cliaddr是一个传出参数，accept()返回时传出客户端的地址和端口号.addrlen参数是一个传入传出参数（value-result argument），传入的是调用者提供的缓冲区cliaddr的长度以避免缓冲区溢出问题，传出的是客户端地址结构体的实际长度（有可能没有占满调用者提供的缓冲区）。
如果给cliaddr参数传NULL，表示不关心客户端的地址

10.Connect连接
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

客户端需要调用connect()连接服务器，connect和bind的参数形式一致，区别在于bind的参数是自己的地址，而connect的参数是对方的地址.
connect()成功返回0，出错返回-1