30.01 C/S、TCP/IP协议妙趣横生、惟妙惟肖谈

zzyzxb

已于 2022-11-10 09:45:24 修改

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分类专栏： c++ linux server 文章标签： c++

于 2022-08-07 02:26:33 首次发布

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本文概述了客户端与服务器的概念，详细解析了浏览器访问网页过程中的数据传输，介绍了OSI和TCP/IP模型，以及最简单的客户端服务器程序实现。重点讲解了TCP和UDP的区别，包括它们在可靠性和速度上的特点及应用场景。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

本节课是一些必须要讲解的基础知识；请大家认真倾听。

一：客户端与服务器

客户端：client，一般字母c表示
服务器：server，一般字母s表示 ,所以c/s一般就是：客户端/服务器
客户端：就是一个程序，
服务器：也是一个程序；
（1.1）解析一个浏览器访问网页的过程
（1.2）客户端服务器角色规律总结

在这里插入图片描述

a)数据通讯总在两端进行，其中一端叫客户端，另一端叫服务器端；

b)总有一方先发起第一个数据包，这发起第一个数据包的这一端，就叫客户端【浏览器】；被动收到第一个数据包这端，叫服务器端【淘宝服务器】；

c)连接建立起来，数据双向流动，这叫双工【你可以发数据包给我，我也可以发数据包给你】

d)既然服务器端是被动接收连接，那么客户端必须得能够找到服务器在哪里；

在这里插入图片描述

浏览器要访问淘宝网，需要知道淘宝服务器的地址【ip地址：192.168.1.100 三个点分隔四个数】，以及淘宝服务器的姓名【端口号，这是一个无符号数字，范围 0-65535之间的一个数字】，淘宝网服务器【nginx服务器】会调用listen()函数来监听80端口；

在编写网络通讯程序时，你只需要指定淘宝服务器的ip地址和淘宝服务器的端口号，就能够跟淘宝服务器进行通讯；

e)epoll

二：网络模型

在这里插入图片描述

（2.1）OSI七层网络模型:
物【物理层】链【数据链路层】网【网络层】传【传输层】会【会话层】表【表示层】应【应用层】

OSI(Open System Interconnect)：开放式系统互联；是ISO（国际标准化组织）在1985年研究的网络互联模型；把一个要发送出去的数据包从里到外裹了7层，就跟一个人一样，穿了7件衣服，一件套一件；最终把包裹了7层的数据包发送都网络上去了；

（2.2）TCP / IP协议四层模型
Transfer Control Protocol[传输控制协议]/Internet Protocol[网际协议];
tcp/ip实际是一组协议的代名词，而不仅仅是一个协议；
tcp/ip协议，其实每一层都对应着一些协议；

在这里插入图片描述

（2.3）TCP / IP协议的解释和比喻
我们把人看成要发送出去的数据包；人出门上街，我们把外边的街道，就看成网络，我们人出门上街，就等于把数据包发送到互联网是上去；
人 <=> 数据包
街道 <=> 互联网
人上街 <=======> 数据包发送到互联网上

人不能光腚上街，人要先穿内衣内裤【TCP】；套一个衬衣衬裤【IP】,套个外衣外裤【以太网帧】，可以出门了；
TCP 比喻成了内衣内裤
IP 比喻成了衬衣衬裤
以太网帧比喻成了外衣外裤

你要发送 abc 这三个字母出去到网络上；
加个TCP头【abc套了个内衣内裤】
加个IP头【abc套了个衬衣衬裤】
加个以太网帧头/尾【abc套了个外衣外裤】
加了这三个头一个尾之后，就认为这个数据包符合了TCP/IP协议，这个数据包能够被发送到网络上去了【人穿好了衣服可以出门了】；
在这里插入图片描述

三：最简单的客户端和服务器程序实现代码

a）客户端程序，服务器端程序；只具备演示价值，不具备商业价值。
b）最终epoll技术实现商用的服务器程序；
c）《Unix网络编程》第一卷；

（3.1）套接字socket概念
套接字(socket)：就是个数字，通过调用socket()函数来生成；这个数字具有唯一性；一直给你用，直到你调用close()函数把这个数字关闭；
文件描述符；一切皆文件，咱们就把socket也看成是文件描述符，我们可以用socket来收发数据；send()，recv();

（3.2）一个简单的服务器端通讯程序范例【看调用了哪些函数：面试官可能会考】
在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define SERV_PORT 9000  //本服务器要监听的端口号，一般1024以下的端口很多都是属于周知端口，所以我们一般采用1024之后的数字做端口号

int main(int argc, char *const *argv)
{    
    //这些演示代码的写法都是固定套路，一般都这么写

    //服务器的socket套接字【文件描述符】
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    //创建服务器的socket，大家可以暂时不用管这里的参数是什么，知道这个函数大概做什么就行

    struct sockaddr_in serv_addr;                  //服务器的地址结构体
    memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    
    //设置本服务器要监听的地址和端口，这样客户端才能连接到该地址和端口并发送数据
    serv_addr.sin_family = AF_INET;                //选择协议族为IPV4
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);         //绑定我们自定义的端口号，客户端程序和我们服务器程序通讯时，就要往这个端口连接和传送数据
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //监听本地所有的IP地址；INADDR_ANY表示的是一个服务器上所有的网卡（服务器可能不止一个网卡）多个本地ip地址都进行绑定端口号，进行侦听。

    bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));//绑定服务器地址结构体
    listen(listenfd, 32);     //参数2表示服务器可以积压的未处理完的连入请求总个数，客户端来一个未连入的请求，请求数+1，连入请求完成，c/s之间进入正常通讯后，请求数-1

    int connfd;
    const char *pcontent = "I sent sth to client!"; //指向常量字符串区的指针
    for(;;)
    {
        //卡在这里，等客户单连接，客户端连入后，该函数走下去【注意这里返回的是一个新的socket——connfd，后续本服务器就用connfd和客户端之间收发数据，而原有的lisenfd依旧用于继续监听其他连接】        
        connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL);

        //发送数据包给客户端
        write(connfd,pcontent,strlen(pcontent)); //注意第一个参数是accept返回的connfd套接字
        
        //只给客户端发送一个信息，然后直接关闭套接字连接；
        close(connfd); 
    } //end for
    close(listenfd);     //实际本简单范例走不到这里，这句暂时看起来没啥用
    return 0;
}

（3.3）IP地址简单谈
192.168.1.100[IPV4]：理解成现实社会中的居住地址
192.168.1.100[IPV4]：第四个版本的IP地址格式；
发展出了新的IP地址版本【第六版】，IPV6
我们写通讯程序代码时是否需要根据ipv4、ipv6来调整呢？
a)写服务器程序，不用考虑ipv4、ipv6的问题，遵照ipv4规则写就行；
b)写客户端程序，只演示ipv4版本的客户端范例。
后续写项目老师会带着大家写同时兼容ipv4、ipv6【协议无关】客户端程序；

（3.4）一个简单的客户端通讯程序范例
c/s建立连接时双方彼此都要有 ip地址 / 端口号；
连接一旦建立起来，那么双方的通讯【双工收发】，就只需要用双方彼此对应的套接字即可；

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define SERV_PORT 9000    //要连接到的服务器端口，服务器必须在这个端口上listen着

int main(int argc, char *const *argv)
{    
    //这些演示代码的写法都是固定套路，一般都这么写
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建客户端的socket，大家可以暂时不用管这里的参数是什么，知道这个函数大概做什么就行

    struct sockaddr_in serv_addr; 
    memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));

    //设置要连接到的服务器的信息
    serv_addr.sin_family = AF_INET;                //选择协议族为IPV4
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);         //连接到的服务器端口，服务器监听这个地址
    //这里为了方便演示，要连接的服务器地址固定写
    if(inet_pton(AF_INET,"192.168.1.126",&serv_addr.sin_addr) <= 0)  //IP地址转换函数,把第二个参数对应的ip地址转换第三个参数里边去，固定写法
    {
        printf("调用inet_pton()失败，退出！\n");
        exit(1);
    }

    //连接到服务器
    if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0)
    {
        printf("调用connect()失败，退出！\n");
        exit(1);
    }

    int n;
    char recvline[1000 + 1]; 
    while(( n = read(sockfd,recvline,1000)) > 0) //仅供演示，非商用，所以不检查收到的宽度，实际商业代码，不可以这么写
    {
        recvline[n] = 0; //实际商业代码要判断是否收取完毕等等，所以这个代码只有学习价值，并无商业价值
        printf("收到的内容为：%s\n",recvline);
    }
    close(sockfd); //关闭套接字
    printf("程序执行完毕，退出!\n");
    return 0;
}