网络编程套接字

网络编程套接字

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本节重点

• 认识IP地址，端口号，TCP协议和UDP协议的区别，网络字节序等网络编程的基本概念
• 学习socket api的基本用法
• 能够实现一个简单的UDP客户端/服务器

本节重点需要掌握的是：

基本概念

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1. 认识IP地址

• IP地址是在IP协议中，用来标识网络中的不同主机的地址
• IP协议有两个版本,IPv4 和 IPv6 (默认指的是IPv4)
  

  1. 对于IPv4来说，ip地址是4字节，32位的整数
     表示为点分十进制格式，4个组，一个组8个位（用十进制表示）用点分割的每一个数字表示一个字节，范围是0~255
     eg:192.168.0.1
     
  2. 对于IPv6来说，ip地址是128位的整数
     表示方式：将128位分为8个组，一个组16位（写成4个十六进制数）
     eg: 31da:1d3:0:2f3b:2aa:ff:fe28:9c5a

源IP地址和目标IP地址是基本不变的地址 下面用唐僧师徒四人西天取经的例子来解释一下：

整个取经的过程中：
1. 源IP地址（长安）——>目标IP地址不变（西天）,这整个过程中一个不变的地址
2. 到了翠云山芭蕉洞，人家会问：你从哪到哪里去？这个时候有两个回答，两个地址：第一个：从长安来去西天取经，源IP地址（长安）——>目标IP地址不变（西天）；第二个：上一站（火焰山）——>下一站（积雷山摩云洞），这是在这个过程中需要经过的路，每一站（路）都有自己的ip地址和MAC地址（物理地址）。

思考：是不是只需要有ip地址就可以通信？

同样的问题，整个西天取经过程中，直到ip地址（从长安到西天），只知道这个不能完成取经；需要直到从长安的谁那得到的信息到西天的谁那拿经（唐太宗——>如来佛）；有了ip地址(长安 西天)和端口号（唐太宗 如来佛）才能完成取经。——>引出了下面的端口号的概念。

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2.. 认识端口号

• 端口号（port）是传输层协议中的内容
• IP地址+端口号就是套接字
• 套接字通信本质就是进程间通信（而其中所看到的公共资源就是：网络)

下面对端口号做以解释：

1. 端口号：2字节16位的整数；
2. 端口号用来标识进程的，告诉操作系统，当前的这个数据要交给哪一个进程来处理
3. IP地址+端口号（套接字） 能够标识网络上的某一台主机的某一个进程
4. 一个端口号只能一个进程占用（唯一性）

端口号port和进程id的区别：

1. 都是标识进程的，pid是表示唯一进程的，端口号也是唯一表示一个进程的
2. 进程id: 所有的进程都有id
3. 端口号：只有网络通信时,进程才会有端口号

另外：一个进程可以绑定多个端口号，而一个端口号不能被多个进程绑定
用10086的例子做以解释 ：

一个进程可以绑定多个端口号：
我们打给10086（一个进程），然后人工服务时会有很多个客服人员,然后这个时候会给我们安排客服人员转接电话，而这个客服人员所有的电话就是端口号，有很多个客服人员都有接通电话的可能，所以说一个进程可以绑定多个端口号。
一个端口号不能被多个进程绑定：
一个客服人员（一个端口号）只能接通一个人的电话，而不能同时接通好几个人的电话

其中源端口号和目的端口号就是上面例子中的唐太宗和如来佛

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3. TCP协议和UDP协议的区别：

• TCP协议：传输控制协议

特点：

1. 传输层协议
2. 有连接
3. 可靠传输
4. 面向字节流
   
   • UDP协议：用户数据报协议

特点：

1. 传输层协议
2. 无连接
3. 不可靠传输（高效传输）
4. 面向数据报

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4. 网络字节序

首先我们回顾一下大端和小端：
1. 大端和小端是按照什么来划分的？
答：字节。因为每一个地址单元对应一个字节。
2. 地址：分为 高地址 低地址
3. 数据：分为 高位 地位
4. 大端模式：用高地址存放数据低位，用低地址存放数据高位
eg: 32位的数0X12345678在CPU内存中存放的方式（假设0X4000表示低地址）：

内存地址	0X4000	0X4001	0X4002	0X4003
存放的内容	0X12	0X34	0X56	0X78

5. 小端模式：用高地址存放数据高位，用低地址存放数据低位
eg: 32位的数0X12345678在CPU内存中存放的方式（假设0X4000表示低地址）：

内存地址	0X4000	0X4001	0X4002	0X4003
存放的内容	0X78	0X56	0X34	0X12

• TCP/CP协议规定，网络数据流应采用大端字节序，即低地址高字节
• 发送主机:
  1.将数据发送到发送缓冲区按到地址从低到高的顺序发出；即：先发的数据——低地址，后发的数据——高地址
  2.在缓冲区的处理就是：如果是发送端是小端，转为大端，否则忽略
• 接受主机：
  1.接受主机把从网络上接到的字节序保存在接受缓冲区端，也按照地址从低到高的顺序保存
  2.确定缓冲区给自己的数据一定是大端，如果自己是大端，直接接受；如果是小端将大端的数据转为小端。
• 因此，网络数据流的地址应该规定:先发的数据是低地址，后发的数据是高地址

为了网络程序具有可移植性，使用同样的C代码在大端和小端的计算机上编译后能正常运行，可以调用以下的库函数，用作网络字节序和主机字节序的转换。

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

1. htonl
   h表示host（主机），n表示network(网络),l表示long(32为长整数)
   其他的函数类似，s表示short（16位短整数）
2. htons
   表示：将short(16位短整数)从主机字节序转为网络字节序
   eg:将ip地址转换后准备发送
3. 主机大端：函数不做转换，将参数原封不动返回
   主机小端：函数做大小端的相应转换，然后返回

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