网络编程

网络编程是什么?
　　网络编程的本质是两个设备之间的数据交换，当然，在计算机网络中，设备主要指计算机。数据传递本身没有多大的难度，不就是把一个设备中的数据发送给两外一个设备，然后接受另外一个设备反馈的数据。
　　现在的网络编程基本上都是基于请求/响应方式的，也就是一个设备发送请求数据给另外一个，然后接收另一个设备的反馈。
　　在网络编程中，发起连接程序，也就是发送第一次请求的程序，被称作客户端(Client)，等待其他程序连接的程序被称作服务器(Server)。客户端程序可以在需要的时候启动，而服务器为了能够时刻相应连接，则需要一直启动。例如以打电话为例，首先拨号的人类似于客户端，接听电话的人必须保持电话畅通类似于服务器。
　　连接一旦建立以后，就客户端和服务器端就可以进行数据传递了，而且两者的身份是等价的。
　　在一些程序中，程序既有客户端功能也有服务器端功能，最常见的软件就是BT、emule这类软件了。

　　下面来谈一下如何建立连接以及如何发送数据。

IP地址和域名
　　在现实生活中，如果要打电话则需要知道对应人的电话号码，如果要寄信则需要知道收信人的地址。在网络中也是这样，需要知道一个设备的位置，则需要使用该设备的IP地址，具体的连接过程由硬件实现，程序员不需要过多的关心。
　　IP地址是一个规定，现在使用的是IPv4，既由4个0-255之间的数字组成，在计算机内部存储时只需要4个字节即可。在计算机中，IP地址是分配给网卡的，每个网卡有一个唯一的IP地址，如果一个计算机有多个网卡，则该台计算机则拥有多个不同的IP地址，在同一个网络内部，IP地址不能相同。IP地址的概念类似于电话号码、身份证这样的概念。
　　由于IP地址不方便记忆，所以有专门创造了域名(Domain Name)的概念，其实就是给IP取一个字符的名字，例如163.com、sina.com等。IP和域名之间存在一定的对应关系。如果把IP地址类比成身份证号的话，那么域名就是你的姓名。
　　其实在网络中只能使用IP地址进行数据传输，所以在传输以前，需要把域名转换为IP，这个由称作DNS的服务器专门来完成。

　　所以在网络编程中，可以使用IP或域名来标识网络上的一台设备。

端口的概念

　　为了在一台设备上可以运行多个程序，人为的设计了端口(Port)的概念，类似的例子是公司内部的分机号码。
　　规定一个设备有216个，也就是65536个端口，每个端口对应一个唯一的程序。每个网络程序，无论是客户端还是服务器端，都对应一个或多个特定的端口号。由于0-1024之间多被操作系统占用，所以实际编程时一般采用1024以后的端口号。
　　使用端口号，可以找到一台设备上唯一的一个程序。
　　所以如果需要和某台计算机建立连接的话，只需要知道IP地址或域名即可，但是如果想和该台计算机上的某个程序交换数据的话，还必须知道该程序使用的端口号。
　　 数据传输方式
　　知道了如何建立连接，下面就是如何传输数据了，先来看一下数据传输的方式。
　　在网络上，不管是有线传输还是无线传输，数据传输的方式有两种：
　　<!--[if !supportLists]-->l　
    <!--[endif]-->TCP(Transfer Control Protocol)
　　传输控制协议方式，该传输方式是一种稳定可靠的传送方式，类似于显示中的打电话。只需要建立一次连接，就可以多次传输数据。就像电话只需要拨一次号，就可以实现一直通话一样，如果你说的话不清楚，对方会要求你重复，保证传输的数据可靠。
　　使用该种方式的优点是稳定可靠，缺点是建立连接和维持连接的代价高，传输速度不快。
　　<!--[if !supportLists]-->l　
    <!--[endif]-->UDP(User Datagram Protocol)
　　用户数据报协议方式，该传输方式不建立稳定的连接，类似于发短信息。每次发送数据都直接发送。发送多条短信，就需要多次输入对方的号码。该传输方式不可靠，数据有可能收不到，系统只保证尽力发送。
　　使用该种方式的优点是开销小，传输速度快，缺点是数据有可能会丢失。

　　在实际的网络编程中，大家可以根据需要选择任何一种传输方式，或组合使用这两种方式实现数据的传递。

协议的概念
　　协议(Protocol)是网络编程中一个非常重要的概念，指的是传输数据的格式。因为大家在网络中需要传输各种各样的信息，在程序中获得到的都是一组数值，如何阅读这些数值呢，就需要提前规定好这组数据的格式，在客户端按照该格式生成发送数据，服务器端按照该格式阅读该数据，然后在按照一定的格式生成数据反馈给客户端，客户端再按照该格式阅读数据。现实中类似的例子就是电报编码，每个数字都是用特定的数据表达。

　　一般程序的协议都分成客户端发送的数据格式，以及服务器端反馈的数据格式，客户端和服务器端都遵循该格式生成或处理数据，实现两者之间的复杂数据交换。

connect()函数
对于客户端的 connect() 函数，该函数的功能为客户端主动连接服务器，建立连接是通过三次握手，而这个连接的过程是由内核完成，不是这个函数完成的，这个函数的作用仅仅是通知 Linux 内核，让 Linux 内核自动完成 TCP 三次握手连接（三次握手详情，请看《浅谈 TCP 三次握手》），最后把连接的结果返回给这个函数的返回值（成功连接为0， 失败为-1）。


通常的情况，客户端的?connect() 函数默认会一直阻塞，直到三次握手成功或超时失败才返回（正常的情况，这个过程很快完成）。


listen()函数
对于服务器，它是被动连接的。举一个生活中的例子，通常的情况下，移动的客服（相当于服务器）是等待着客户（相当于客户端）电话的到来。而这个过程，需要调用listen()函数。
listen() 函数的主要作用就是将套接字(?sockfd?)变成被动的连接监听套接字（被动等待客户端的连接），至于参数 backlog 的作用是设置内核中连接队列的长度（这个长度有什么用，后面做详细的解释），TCP 三次握手也不是由这个函数完成，listen()的作用仅仅告诉内核一些信息。


这里需要注意的是，listen()函数不会阻塞，它主要做的事情为，将该套接字和套接字对应的连接队列长度告诉 Linux 内核，然后，listen()函数就结束。


这样的话，当有一个客户端主动连接（connect()），Linux 内核就自动完成TCP 三次握手，将建立好的链接自动存储到队列中，如此重复。


所以，只要 TCP 服务器调用了 listen()，客户端就可以通过 connect() 和服务器建立连接，而这个连接的过程是由内核完成。