(四)linux网络编程

一、CS架构，BS架构

(1)CS架构介绍（client server，客户端服务器架构），例如：qq、360网盘
(2)BS架构介绍（broswer server，浏览器服务器架构）例如：浏览器

二、TCP协议学习1

1、关于TCP理解的重点
(1)TCP协议工作在传输层，对上服务socket接口，对下调用IP层
(2)TCP协议面向连接，通信前必须先3次握手建立连接关系后才能开始通信。
(3)TCP协议提供可靠传输，不怕丢包、乱序等。
2、TCP如何保证可靠传输
(1)TCP在传输有效信息前要求通信双方必须先握手，建立连接才能通信
(2)TCP的接收方收到数据包后会ack给发送方，若发送方未收到ack会丢包重传
(3)TCP的有效数据内容会附带校验，以防止内容在传递过程中损坏
(4)TCP会根据网络带宽来自动调节适配速率（滑动窗口技术），如果接收方接收压力很小，发送方便会慢慢提高发送速率；相反接收方压力大，发送方会慢慢讲地发送速率
(5)发送方会给各分割报文编号，接收方会校验编号，一旦顺序错误即会重传。

三、TCP协议的学习2

1、TCP的三次握手

(1)建立连接需要三次握手
(2)建立连接的条件：服务器listen时客户端主动发起connect
2、TCP的四次握手
(3)关闭连接需要四次握手
(4)服务器或者客户端都可以主动发起关闭

注：这些握手协议已经封装在TCP协议内部，socket编程接口平时不用管
3、基于TCP通信的服务模式
(1)具有公网IP地址的服务器（或者使用动态IP地址映射技术）
(2)服务器端socket、bind、listen后处于监听状态
(3)客户端socket后，直接connect去发起连接。
(4)服务器收到并同意客户端接入后会建立TCP连接，然后双方开始收发数据，收发时是双向的，而且双方均可发起
(5)双方均可发起关闭连接
4、常见的使用了TCP协议的网络应用
(1)http（也是一个协议，纯传文件，文本信息）、ftp
(2)QQ服务器
(3)mail服务器

四、socket编程接口介绍

表示IP地址数据结构都定义在 /usr/include/netinet/in.h下，我们在linux下输入vim /usr/include/netinet/in.h便可查看in.h下定义的结构体

1、建立连接
(1)socket。socket函数类似于open，用来打开一个网络连接，如果成功则返回一个网络文件描述符（int类型），之后我们操作这个网络连接都通过这个网络文件描述符。

　　int socket(int domain,int type,int protocol) //socket函数非常类似于open函数，socket函数是用来发开一个网络的，如果成功就会返回一个int型数据，网络文件描述符。之后我们操作这个网络都通过这个网络文件描述符。

　　dimain：域，网络域，网络地址范围（IPV4或IPV6等）

　　type：指定类型：SOCK_STREAM（TCP网络）、SOCK_DGRAM（UDP）、SOCK_SEQPACKET

　　protocol:指定协议，如果指定0，表示使用默认的协议
(2)bind函数

　　int bind(int socket,const struct *address,socklen_t address_len);

　　函数功能及作用：把本地的IP地址和我们的socket绑定起来，也就是第一个参数int socket，

　　const struct  sockaddr *address：struct sockaddr，这个结构体是网络编程接口中用来表示一个IP地址的，注意这个IP地址是不区分IPv4和IPv6的（或者说是兼容IPv4和IPv6的）

　　address_len:表示IP地址的长度　　

(3)listen函数

　　int listen(int socket,int backlog)

　　int socket:socket接口，和上面一样

　　int backlog：表示我们可以同时接收几个，设置监听队列长度。

对于服务器来说只要调用soclet、bind、listen函数就可以进入监听状态了，客户端那边调用socket函数打开文件描述符，然后调用connect去连接

(4)connect

　　int connect(int socket,const struct sockaddress *address,socklen_t address_len);

　　要连那个服务器，就用那个address，调用connect函数去连接起来。自己的IP地址会自动得放到发送报文里去。这个函数是兼容IPV4和IPV6的，因为struct suckaddress它是兼容IPV4和IPV6的。

3、发送和接收

TCP层是不管谁发谁收的，在应用层实现。

(1)send和write   在网络上发送，类似写文件；接收，类似于读文件。

socket和write函数很想，返回值几乎是一模一样的。ssize_t write(int fildes,const void *buf,size_t nbyte),我们调用write函数写就可以把要写的内容发出去。

send函数封装:ssize_t send(int socket,const void *buffer,size_t length,int flags),send比write就多一个flags，不考虑这个讲flags设置为0，那就和write是一模一样的。我们可以设置flags一些值：MSG_EOR（一个记录信息的一个结尾，表示我们一个信息就要完了）,MSG_OOB（带外数据，即非正式数据，正常通信时是没有的，在一些特殊协议里会有），因此send在一些特殊协议我们才会用到flags，正常协议用不到的，正常通信设置flags为0，和write就一样
(2)recv和read

recv，read和send，write也是类比一样。不过他们是接收

recv函数封装：ssize_t recv(int socket,void *buffer,size_t length,int flags);
4、辅助性函数

辅助性函数主要是进行一些IP地址转换的，为什么要进行IP地址转换呢，IP地址有两种形式，一种是点分十进制的形式即192.32.44.5，一种是32位二进制的形式也就是int类型,点分十进制比较符合人们的观看习惯；而二进制格式，更适合机器编程进行封装，操作。因此我们需要在这两种IP地址之间进行可靠的转换，而转换是由封装好的函数实现的。如下所示：

(1)inet_aton、inet_ntoa、inet_addr

inet_aton:将一个字符串IP地址转换为一个32位的网络序列IP地址

int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);

inet_aton函数接受两个参数。参数描述如下：
1 输入参数string包含ASCII表示的IP地址。
2 输出参数addr是将要用新的IP地址更新的结构。

inet_ntoa:将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式

int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);

inet_addr()：的功能是将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型）

in_addr inet_addr(const char *cp);

这三个尽量都少使用，没下面好，其实他们和下面两个功能都一致，都没什么缺陷，唯一缺陷是他们不支持IPV6，下面支持。
(2)inet_ntop、inet_pton

这两个现在阶段变成最好使用，上面三个尽量少使用，这两个程序既支持IPV4又支持IPV6，现在我们下代码肯定要用inet_ntop和inet_pton函数

inet_ntop：将32为二进制IP地址转换为点分十进制的形式。

inet_pton：将点分十进制的形式转换为32位二进制的形式。

我们记忆这个比较好记。ntop即n(网络)-to-p(字符串)，网络层使用的是32位二进制，因此是32位二进制IP地址转换为点分十进制的形式，pton相反

5、表示IP地址相关数据结构
(1)都定义在 netinet/in.h
(2)struct sockaddr，这个结构体是网络编程接口中用来表示一个IP地址的，注意这个IP地址是不区分IPv4和IPv6的（或者说是兼容IPv4和IPv6的）
(3)

typedef uint32_t in_addr_t; 网络内部用来表示IP地址的类型

struct in_addr
{
　　in_addr_t s_addr;
};
(5)

struct sockaddr_in
{
　　__SOCKADDR_COMMON (sin_);
　　in_port_t sin_port; /* Port number. */
　　struct in_addr sin_addr; /* Internet address. */

　　/* Pad to size of `struct sockaddr'. */
　　unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
　　__SOCKADDR_COMMON_SIZE -
　　sizeof (in_port_t) -
　　sizeof (struct in_addr)];
};
(6)struct sockaddr 这个结构体是linux的网络编程接口中用来表示IP地址的标准结构体，bind、connect等函数中都需要这个结构体，这个结构体是兼容IPV4和IPV6的。在实际编程中这个结构体会被一个struct sockaddr_in（IPV4）或者一个struct sockaddr_in6（IPV6）所填充。sockaddr这个结构体是兼容struct sockaddr_in和struct sockaddr_in6的

6、IP地址格式转换函数实践

(1)inet_addr函数：

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char *cp); 表示将一个十进制的字符串IP地址，转换为机器可是别的in_addr_t(uint32_t)格式。

示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define  IPADDR        "192.168.1.103"

int main(void)
{
    in_addr_t addr = 0;
    
    addr = inet_addr(IPADDR);
    printf("addr = 0x%x.
",addr); //0x6701a8c0 0x67:103、0x01:1、0xa8:168、0xc0:192
    
    return 0;
}

网络字节序默认是大端模式，如果是大端模式直接带进去参数就好了，如果是小端模式，要先转换为大端模式，然后再往进传参数。在网络上只允许使用大端模式，不允许小端模式。inet_addr这个函数可以可以检测当前cpu是大端模式还是小端模式，函数内部做了转换了。所以我们不用管大小端，只管他是大端模式就好了。

不过inet_addr这个函数现在一般不用，因为他只适合IPV4网络，不适合IPV6网络。

(2)inet_pton

 #include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

 这里我们要知道：

int af:表示是选择是IPV4还是IPV6，IPV4参数：AF_INET  IPV6参数：AF_INET6；

const char *src:表示源十进制字符串IP地址，例如"192.168.1.1"

void *dst：表示转出的，32位二进制IP地址，他的传参类型根据IPV4和IPV6有所不同，IPV4传的是：struct  in_addr 类型参数，IPV6传的是：struct in6_addr类型参数。我们还要注意in_addr和in6_addr这两个结构体的组成，如下所示：

typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
　　in_addr_t s_addr;
};

可以看出in_addr这个结构体里面只有一个成员为s_addr，这个成员的类型为in_addr_t即uint32_t类型。

struct in6_addr
{
    union
    {
        uint8_t __u6_addr8[16];
        #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU
        uint16_t __u6_addr16[8];
        uint32_t __u6_addr32[4];
        #endif
    } __in6_u;
    #define s6_addr __in6_u.__u6_addr8
    #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU
    # define s6_addr16 __in6_u.__u6_addr16
    # define s6_addr32 __in6_u.__u6_addr32
    #endif
};                

inet_pton函数返回值为一个int类型数据，表示转换是否完成，1表示转换成功，0表示转换不成功。

下面写一个IPV4的调用inet_pton函数转换IP地址函数：

 #include <stdio.h>
 #include <arpa/inet.h>
 
 #define  IPADDRESS        "192.168.100.160"
 int main(void)
 {
     struct in_addr sAddr = {0};
     int  ulText;
     if(ulText)
     {
        ulText = inet_pton(AF_INET,IPADDRESS, &sAddr);
     }
     printf("ulText = %d
sAddr = 0x%x
",ulText,sAddr.s_addr);
     
     return 0;
 }
 

(3)inet_ntop函数

#include <arpa/inet.h>

const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t size);

int af:表示IPV4或者IPV6网络；

const void *src：表示待转换二进制IP地址；

char *dst：表示转换后的十进制字符串IP地址；

socklen_t size：表示转换后的十进制字符串IP地址的长度。

示例代码如下：

#include<stdio.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(void)
{
    struct in_addr addr = {0};
    char ucBuff[50] = {0};
    
    addr.s_addr = 0x6601a8c0;
    inet_ntop(AF_INET,&addr,ucBuff,sizeof(ucBuff));
    
    printf("IP:%s
",ucBuff);
    
    return 0;
}