Linux网络编程I

1.网络结构模式

C/S结构（客户端/服务器）

服务器存有多个用户共享的信息与功能，执行后台服务，如控制共享数据库的操作等
客户端为用户专有，负责执行前台功能，包括出错提示、在线帮助等功能，并且可以在子程序间自由切换。
优点：1）能充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作可以在客户端吃力后嫁给服务器，响应速度快；2）操作界面漂亮，个性化定制；3）管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程；4）安全性较高，面对固定用户群，对权限进行多层校验，提供了安全的存储模式。
缺点：1）需要安装客户端软件，维护升级成本高；2）操作系统有限制，不能跨平台。

B/S结构（浏览器/服务器）

WEB浏览器是客户端最主要的应用软件，这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。
客户机上只要安装有浏览器，即可通过Web Server与服务器上的数据交互。
优点：成本低、维护方便、分布性强、开发简单。客户端零成本，系统的扩展容易。
缺点：通信开销大、系统和数据的安全性较难保障；协议是固定的http/https，无法操作大数据量文件；客户端服务器端的交互时请求-响应模式，动态刷新页面，响应速度低。

2.协议。网络协议，规定通信计算机双方必须遵从的一组规则，体现为在网络上传输的数据包的格式。协议往往分为几个层次定义，某一层协议的改变不影响其他层次的协议。

3.常见的协议：

应用层：文件传输协议FTP，HTTP协议，网络文件协议NFS。
传输层：TCP协议，UDP协议。
网络层协议：IP协议，网际控制报文协议ICMP，网络组报文协议IGMP，地址解析协议ARP。

4.UDP数据报首部

5.TCP报文段的首部

6.协议封装。上层协议如何使用下层协议提供的服务？

应用程序数据在发送到物理网络之前，将沿着协议栈从上往下依次传递。每层协议都在上层数据的基础上加上自己的头部信息和尾部信息，以实现该层的功能。

7.数据报分用。接收方计算机如何准确接受到信息？

当帧到达目的主机后，将沿着协议栈自底向上依次传递。各层协议依次处理下层协议传上来的数据，以获取所需要信息，并将最终处理后的数据交给目标程序。
分用依靠的是数据报头部信息中的类型字段实现的。

8.ARP地址解析协议。解决同一局域网上的主机/路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

每一台主机上都有ARP高速缓存，里面存有本局域网上各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。每个项目根据生存时间动态更新。

9.socket套接字。

网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。上联应用进程，下联网络协议栈，是应用进程通过网络协议进行通信的接口。
通信时，其中一个网络应用程序将要传输带一段信息写入它所在主机的socket中，该socket通过与网卡连接的传输介质将这段信息传送到另外一台主机的socket中，使对方能接收到这段信息。
socket由IP地址和端口结合，提供向应用进程传送数据包的机制。
socket表示进程间网络通信的特殊文件类型。本质为内核借助缓冲区形成的伪文件，因此可以使用文件描述符引用套接字。
与管道类似，Linux将其封装成文件可以统一接口，使得读写套接字和读写文件的操作一致。

10.字节序

小端字节序：数据的高位字节存储在内存的高位地址，低位字节存储在内存的低位地址。
大端字节序：数据的高位字节存储在内存的低位地址，低位字节存储在内存的高位地址。

11.字节序转换函数。网络字节序是TCP/IP中规定好的数据表示格式，采用大端排序方式。

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort);        // h: host 主机字节序
uint16_t htonl(uint16_t hostlong);         // n: network 网络字节序
 
uint16_t ntohs(uint16_t hostshort);        // s: short  转换端口
uint16_t ntohl(uint16_t hostlong);         // l: long   转换ip

12.socket地址。所有专用socket地址类型的变量在实际使用时都需要转化成通用socket地址类型sockaddr（强制转换），因为所有socket编程接口使用的地址参数类型都是sockaddr。

# 通用socket地址
#include<bits/socket.h>
strcuct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;            // 地址族，对应协议族，PF_UNIX, AF_UNIX: Unix本地域协议族；PF_INET, AF_INET: TCP/IPv4协议族；PF_INET6, AF_INET6: TCP/IPv6协议族
    char sa_data[14];                 // socket地址
};
 
struct sockaddr_storage {
    sa_family_t sa_family;
    unsigned long int __ss_align;
    char __ss_padding[128 - sizeof(__aa_align)];
};
typedef unsigned short int sa_family_t;
 
# 专用socket地址
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family;
    in_port_t sin_port;          // 端口
    struct in_addr sin_addr;     // ip
    unsigned char sin_zero[sizeof(struct sockaddr) - __SOCKADDR_COMMON_SIZE - sizeof(in_port_t_ - sizeof(struct in_addr)];
};
 
struct in_addr {
    in_addr_t s_addr;
};
typedef unsigned short uint16_t;    // 2字节
typedef unsigned int   uint32_t;    // 4字节
typedef uint16_t in_port_t;
typedef uint32_t in_addr_t;

13.IP地址转换。（字符串ip - 整数，主机、网络字节序的转换）

# 点分十进制字符串表示的IPv4地址和用网络字节序整数标表示的IPv4地址之间的转换
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);        // p: point 点分十进制的IP字符串，n: network 网络字节序的整数
    - af: 地址族 AF_INET AF_INET6
    - src: 需要转换的点分十进制的IP字符串
    - dst: 转换后的结果，可以用int类型保存，正好4个字节
 
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socken_t size);
    - af: 地址族 AF_INET AF_INET6
    - src: 需要转换的ip的整数的地址
    - dst: 转换成IP地址字符串保存的地方 char ip[16];
    - size: 第三个参数的大小（数组的大小）
    - 返回值：返回转换后的数据的地址，和dst一样

14.TCP通信流程。

// 服务器端（被动接受连接的角色）

1. 创建一个用于监听的套接字（文件描述符）

2. 将这个监听文件描述符和本地的IP和端口绑定（IP和端口就是服务器的地址信息）

- 客户端连接服务器端的时候用的就是这个IP和端口

3. 设置监听，监听的fd开始工作

4. 阻塞等待，当有客户端发起连接，解除阻塞，接收客户端的连接，会得到一个和客户端通信的套接字（新的fd）

5. 通信

- 接收数据

- 发送数据

6. 通信结束，断开连接

// 客户端

1. 创建用于连接的套接字（fd）

2. 连接服务器，需要指定连接服务器的IP和端口

3. 连接成功，客户端可以直接和服务器通信

- 接收数据

- 发送数据

4. 通信结束，断开连接

15.套接字函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
    - 作用：创建一个套接字
    - domain: 协议族，F_UNIX 本地套接字通信；AF_INET IPv4；AF_INET6 IPv6
    - type: 通信过程中使用的协议类型，SOCK_STREAM: 流式协议；SOCK_DGRAM: 报式协议
    - protocol: 具体的协议，一般为0，SOCK_STREAM: 流式协议默认使用TCP；SOCK_DGRAM: 报式协议默认使用UDP
    - 返回值：成功返回文件描述符，操作单是内核缓冲区；失败返回-1并设置errno
 
int bind(int sockfd, const struct *sockaddr, socklen_t *addrlen);
    - 作用：绑定，将fd和本地的IP和端口进行绑定
    - sockfd: 通过socket函数得到的文件描述符
    - addr: 需要绑定的socket地址，这个地址封装了ip和端口号的信息
    - addrlen: 第二个参数结构体占的内存大小
    - 返回值：成功返回文件描述符，操作的是内核缓冲区；失败返回-1并设置errno
 
int listen(int sockfd, int backlog);
    - 作用： 监听这个socket上的连接
    - sockfd: 通过socket函数得到的文件描述符
    - backlog: 未连接和已连接的和的最大值，有未连接和已连接的2个队列，一旦accept()之后，将从已连接队列中剔除？
    - 返回值：成功返回文件描述符，操作单是内核缓冲区；失败返回-1并设置errno
 
int accept(int sockfd, const struct *sockaddr, socklen_t *addrlen);
    - 作用：接收客户端连接，默认是阻塞函数，阻塞等待客户端的连接
    - sockfd: 用于监听的文件描述符
    - addr: 传出参数，记录连接成功后的客户端的地址信息（ip，port）
    - addrlen: 第二个参数占的内存大小
    - 返回值：成功返回用于通信的文件描述符；失败返回-1并设置errno
 
int connect(int sockfd, const struct *sockaddr, socklen_t addrlen);
    - 作用：客户端连接服务器
    - sockfd: 用于通信的文件描述符
    - addr: 客户端要连接的服务器的地址信息
    - addrlen: 第二个参数占的内存大小
    - 返回值：成功返回0；失败返回-1并设置errno
 
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

16.滑动窗口理解。

窗口理解为缓冲区大小
滑动窗口的大小会随着发送和接收数据而变化
通信双方都有发送缓冲区和接收缓冲区

发送方的缓冲区：

白色格子：空闲的空间

灰色格子：数据已经发送，但还是未被接收

紫色格子：还没有发送出去的数据

接收方的缓冲区：

白色格子：还可以接收数据的空闲空间

紫色格子：已接收的数据

17.TCP三次握手和四次挥手。

建立连接三次握手，断开连接四次挥手。
标志位SYN=1和FIN=1，要消耗一个序号。
四次挥手发生在断开连接时，在程序中调用close()会使用TCP协议进行4次挥手。客户端和服务器端都可以主动发起断开连接，谁先调用close()谁就是发起。

posted @ 2021-08-09 21:13 萌新的学习之路阅读(45) 评论(0) 编辑收藏举报

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