网络编程基础-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/han8040laixin/article/details/81218769

之前说了多路转接，那么今天我来谈谈我对于网络编程套接字的理解。

初识ip地址和端口号
ip地址
ip地址有两个版本：ipv4和ipv6，我在这里介绍ipv4：
1.ip地址是在ip协议中，用来标识网络中不同主机的地址，它分为两部分：
这里写图片描述
2.对于ipv4来说，ip地址是一个4字节32位的整数；
3.人们通常用点分十进制的字符串表示ip地址，比如127.0.0.1（每一个用点分隔的数字代表一字节）。

端口号
可是说，网络通信的本质也是进程间通信，所以虽然ip地址能够把数据发到对端机器上，但还需要有一个标识来区分出这个数据要给那个进程来解析，这个标识就是端口号。

1.端口号是个2字节16为整数，是传输层协议的内容；
2.用来标示一个进程，告诉内核数据要交给哪个进程处理；
3.ip地址+端口号能标识网络上唯一主机的唯一一个进程；
4.一个端口号只能被一个进程占据。

在这里需要注意的一点是，进程id也表示了一个唯一的进程，要把端口号与进程id区分清楚：进程应用于网络才有端口号。

举个例子，我们打10086就相当于是ip地址，而转人工客服就相当于端口号。

初识传输层的两个协议
这两个协议我在后面的文章将要详细的说明，在这里先简单说一下，便于后面实现代码：
UDP协议：无连接，不可靠，面向数据报。
TCP协议：有连接，很可靠，面向字节流。

在这里需要注意面向数据报和面向字节流的区别：
UDP协议是面向数据报的，也就是说读的时候只能整包整包的读，不能读半包，一包半之类的；
而TCP协议是面向字节流的，想读多少就读多少。

通过这些特点，可以看出来TCP明显功能上是优于UDP的，但是UDP有一点就是简单。

网络字节序
内存中多字节数据相对于内存地址有大小端之分；磁盘文件中的多字节数据相对于文件中的偏移地址也有大小端之分；同样，网络数据流同样有大小端之分。
为了统一，TCP/IP规定，网络数据流应采用大端，即低地址高字节。
具体细节就是，如果发送端是小端，就需要先将数据转为大端再发送；如果发送端是大端，直接发送。

可以调用下面的库函数进行网络字节序和主机字节序的转换：
这里写图片描述
函数名是见名知意的，拿第一个举例：

我们在编写套接字时，常常利用htonl函数将端口号的主机序转为网络字节序。

常见的socket接口
这里写图片描述
这些函数具体的介绍，有一个大神写得很好，附上链接：
https://blog.youkuaiyun.com/y396397735/article/details/50655363

sockaddr结构
sockaddr和 void* 类似，是为了泛型处理不同的套接，适用于各种底层不同地址格式的网络协议，比如ipv4，ipv6等。
这里写图片描述
如图，不同的网络协议的底层不同；
对于ipv4，地址类型为AF_INET，对于ipv6，地址类型为AF_INET6，只要取得某sockaddr结构体的16为地址类型，不需要知道到底是哪个，就能根据地址类型确定结构体的内容。
在使用socket API的时候，需要强转为sockaddr，这样做增强了程序的通用性。

sockaddr结构
这里写图片描述

sockaddr_in结构
这里写图片描述
基于ipv4编程，使用的正是sockaddr_in，这个结构体主要三部分：地址类型，端口号，ip地址。

地址转换函数
这里写图片描述

基于以上的认知，实现一个简单UDP网络通信：
1.对于UDP，socket的参数使用SOCK_DGRAM;
2.UDP不进行连接，直接使用sendto和recvfrom来收发数据。

服务器：

int main(int argc,char* argv[])
{
    //采用./server [ip] [port]的形式传入ip地址和端口号
    if(argc != 3){
        printf("./server [ip] [port]\n");
        return 1;
    }

    //                 ipv4      UDP
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sock < 0){
        perror("socket");
        return 2;
    }

    //构造出地址协议加ip地址加端口号
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    local.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //绑定端口号
    if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){
        perror("bind");
        return 3;
    }

    while(1){
        char buf[1024];
        struct sockaddr_in client;
        socklen_t len = sizeof(client);

        //UDP不建立连接，直接对数据进行读写
        ssize_t s = recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&client,&len);
        if(s > 0){
            buf[s] = 0;
            printf("client> :%s\n",buf);
            sendto(sock,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&client,sizeof(client));
        }
    }

    return 0;
}

客户端：

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 3){
        printf("./client [ip] [port]\n");
        return 1;
    }

    int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sock < 0){
        perror("socket");
        return 2;
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //UDP无需建立连接，直接进行数据传输
    while(1){
        char buf[1024] = {0};
        struct sockaddr_in peer;
        socklen_t len = sizeof(peer);
        ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf)-1);
        if(s > 0){
            sendto(sock,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
            ssize_t s2 = recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);
            if(s2 > 0){
                buf[s2] = 0;
                printf("#> :%s\n",buf);
            }
        }
    }

    return 0;
}

来看看运行效果：
这里写图片描述

服务器收到来自客户端的数据，输出并回显给客户端。

编写简单的TCP网络通信
服务器：

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 3){
        printf("./server [ip] [port]\n");
        return 1;
    }

    int listen_sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(listen_sock < 0){
        perror("listen_sock");
        return 2;
    }

    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    local.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0){
        perror("bind");
        return 3;
    }

    if(listen(listen_sock,5) < 0){
        perror("listen");
        return 4;
    }

    while(1){
        struct sockaddr_in client;
        socklen_t len = sizeof(client);
        int new_sock = accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client,&len);
        if(new_sock < 0){
            perror("accept");
            return 5;
        }

        while(1){
            char buf[1024] = {0};
            ssize_t s = read(new_sock,buf,sizeof(buf));
            if(s < 0){
                perror("read");
                break;
            }
            else if(s == 0){
                printf("客户端已退出，可以关闭该连接");
                close(new_sock);
                break;
            }
            else{
                printf("client: %s\n",buf);
            }
        }
    }

    return 0;
}

客户端：

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 3){
        printf("./client [ip] [port]\n");
        return 1;
    }

    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sock < 0){
        perror("socket");
        return 2;
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(sock,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)) < 0){
        perror("connect");
        return 3;
    }

    while(1){
        char buf[1024] = {0};
        ssize_t s = read(0,buf,sizeof(buf));
        if(s > 0){
            ssize_t s2 = write(sock,buf,strlen(buf));
        }
    }

    return 0;
}