Linux系统编程之网络编程
网络编程第一天：
进行网络通信（TCP通信）
客户端：
1.创建socket
2.bind 绑定
3.connect 连接
4.recv send 数据接受发送
5.close 关闭套接字
服务器端：
1.创建套接字 socket
2.bind绑定
3.listen 监听(检测） 最大连接数
4.accept 响应
5.send、recv 接受发送
6.close 关闭
第一个函数 创建socket
函数原型 int socket(int domain, int type, int protocol);
头 文 件：#include <sys/socket.h>
参 数： domain: 是地址族
AF_INET
PF_INET // internet 协议
PF_UNIX // unix internal协议
PF_NS // Xerox NS协议
PF_IMPLINK // Interface Message协议
type : 套接字类型】】
SOCK_STREAM // 流式套接字 TCP常用
SOCK_DGRAM // 数据报套接字 UDP常用
SOCK_RAW // 原始套接字
protocol ：参数通常置为0
返回值： 如果成功返回socket描述符 失败返回-1，错误存入errno中
写个代码 创建套接字
第二个函数 bind绑定
函数原型： int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数参数：sockfd 是socket描述符 socket函数的返回值
addr struct sockaddr的结构体变量的首地址，指向 sockaddr_in
addrlen 是 sizeof (struct sockaddr_in)
struct sockaddr //通用结构体 {
sa_family_t sa_family; //2字节：地址族, AF_xxx
char sa_data[14]; //14字节：协议地址
}；
struct sockaddr_in //专用IPv4结构体{
sa_family_t sin_family; /* 2字节：地址族: AF_INET或AF_INET6等 */
in_port_t sin_port; /* 2字节：端口按网络字节顺序排列 */
struct in_addr sin_addr; /* 4字节：ip互联网地址 */
char sin_zero[8]； 8 bytes unused，作为填充
};
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* 4字节：以网络字节顺序排列的地址 */ };
第三个函数：字节序的转换
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
作用：本机字节序转换long类型的网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
作用： 本机字节序转换成short类型的网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
作用： 网络字节序转换成long类型的本地字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
作用： 网络字节序转换成short类型的本地字节序。
作用： 把ip和端口和当前程序绑定
第四个函数：字符串转换成网络字节序
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
函数原型：in_addr_t inet_addr(const char *cp);
函数作用： 将字符串转换成网络字节序
参数： 需要转换的字符串
返回值： 网络字节序。
函数原型：char *inet_ntoa(struct in_addr in);
函数参数： in_addr 结构体变量
返回值： 点分十进制字符串
第五个函数：监听
int listen(int sockfd, int backlog);
参数： sockfd 套接字描述符
backlog 最大连接数
第六个函数： 响应
函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
函数参数：sockfd 是socket描述符
addr 客户端的地址，等价来电显示。保存了客户端的ip和端口，传出参数
addrlen 结构体的大小（结构体长度）
堵塞函数
返回值：返回值是客户端的socket描述符。
第七个函数：接受和发送
函数原型：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
函数参数：sockfd 是客户端的socket描述符
buf 需要发送的数据buf
len 发送的数据长度
flags 堵塞和非堵塞的标志 0位堵塞。
函数返回： 实际发送的数据长度，失败返回 -1
函数原型： ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
函数参数： sockfd 是客户端的socket描述符
buf 需要接受的数据buf
len 接受的数据长度
flags 堵塞和非堵塞的标志 0位堵塞。
函数返回： 实际接受的数据长度，失败返回 -1
第八个：关闭套接字
close(套接字)
第九个：客户端连接函数
函数原型：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数参数： sockfd 套接字描述符 客户端自己的
addr 服务器的ip和端口的结构体。
addrlen 结构体大小。
网络概念：
IP地址：逻辑地址，网络通信的唯一标志，使用点分十进制表示 “192.168.1.4”
IPV4:32位。最多分配40亿ip地址，ip地址已经不足够使用。
ipv6:128位，非常多。足够分配，
DHCP:动态地址分配协议，当需要上网时，从DHCP服务器租赁一个未使用的ip地址，主机拿ip地址访问网络。使用完则DHCP服务器收回ip地址，以防给其他人使用。
物理地址： 网卡地址，48位，每个网卡有一个固定的编号，编号就是网卡地址，也就是MAC地址。两个部分 前24位–厂商编号 后24个人编号
各种协议解析：（了解）
FTP（文件传输协议）：是网络上两台计算机传送文件的协议，运行在 TCP 之上，。FTP协议使用TCP20号和21号端口，20号端口用于数据交换，21号端口用于建立连接，
允许目录和文件访问，上传下载，不能远程执行文件。
TFTP（简单文件传输协议）：是用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议，提供不复杂、开销不大的文件传输服务，使用UDP的69号端口。
HTTP（超文本传输协议）：是用于从 WWW 服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。
DNS（域名系统）：在 Internet 上域名与 IP 地址之间是一一对应 的，域名虽然便于人们记忆，但机器之间只能互相识别 IP 地址，
它们之间的转换工作称为域名解析，使用53号端口。
SMTP（简单邮件传输协议）：建立在 TCP 之上，是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议。SMTP 是建模在 FTP 文件传输服务上的一种邮件服务，
主要用于传输系统之间的邮件信息，并提供与电子邮件有关的通知，使用 25 端口。
Telnet（远程登录协议）：是登录和仿真程序，建立在 TCP 之上，它的基本功能是允许用户登录并进入远程计算机系统。
DHCP（动态主机配置协议）：建立在 UDP 之上，是基于客户机/服务器模型（B/S模型）设计的一个局域网的网络协议。
TCP：传输控制协议，为用户进程提供可靠的全双工字节流。
IP：网间协议，提供分组递送服务
ICMP：互联网控制信息协议，处理路由器和主机之间流通的错误和控制消息,控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息.如ping命令。
ARP：地址解析协议，把ipv4地址映射成MAC地址
RARP 地址解析协议，把MAC地址转换成IP地址
阐述下tcp和udp的区别（重点）
TCP是基于连接的通信，UDP是非连接通信
TCP是可靠传输，数据不丢失，而UDP是不可靠传输，有可能丢失
TCP是在传输层，UDP也在传输层
TCP需要三次握手，而UDP不需要。
UDP传输速度快，发送小尺寸数据，适合做视频等较大数据的传输
TCP是一对一通信，而UDP可以一对多通信。
TCP是基于数据流通信，而UDP是基于数据报通信
子网掩码：用来区分网络地址和主机地址部分。子网掩码也是点分十进制表示，也是32位，和ip地址一一对应关系。子网掩码中的1表示ip地址中的网络部分，0表示主机部分。
例如：我的ip地址是192.168.5.169 子网掩码是255.255.255.0
11000000.10101000.00000101.10101001
11111111.11111111.11111111.00000000
所以网络地址部分是：192.168.5 主机地址部分是169
（了解）
A类：(1.0.0.0-126.0.0.0)（默认子网掩码：255.0.0.0或 0xFF000000）第一个字节为网络号，后三个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“0”，
所以地址的网络号取值于1~126之间。一般用于大型网络。（第一位必须是0）
B类：(128.0.0.0-191.255.0.0)（默认子网掩码：255.255.0.0或0xFFFF0000）前两个字节为网络号，后两个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“10”，
所以地址的网络号取值于128~191之间。一般用于中等规模网络。
C类：(192.0.0.0-223.255.255.0)（子网掩码：255.255.255.0或 0xFFFFFF00）前三个字节为网络号，最后一个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“110”，
所以地址的网络号取值于192~223之间。一般用于小型网络。
D类：是多播地址。该类IP地址的最前面为“1110”，所以地址的网络号取值于224~239之间。一般用于多路广播用户。
E类：是保留地址。该类IP地址的最前面为“1111”，所以地址的网络号取值于240~255之间。IP网络中通常用最小的IP地址标识网络本身，
将最大的IP地址作为该网络的广播地址，其余所有IP地址都分配给网络中的主机。然而，局域网中的主机并不能直接访问Internet，
说需要通过一个作为代理的网关或网络地址转换服务（NAT）才能访问Internet。通常将IP地址的第一个或最后一个留给该网络的Internet网关。
三次握手 四次挥手（看图片，重点中的重点）
作业： 客户端可以不断的发送数据给服务器，服务器收到每个消息都回复一个ok，如果客户端发送bye，则服务器和客户端都挂关闭。
网络编程第二天：
UDP通信
服务器 客户端
socket socket
bind bind
recvfrom sento
close close
UDP 通信数据发送：
函数原型：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
函数作用： 在使用udp时候发送数据。(也可以用于tcp）
函数参数：sockfd 是socket的返回值 描述符
buf 需要发送数据的缓存 一般是malloc或者数组
len 需要发送的数据长度
flags 是否堵塞 0为堵塞
dest_addr 发送服务器的地址结构体
addlen 结构体地址长度
返回值：成功返回实际发送的数据字节数 失败返回-1
UDP通信 数据接受
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
函数参数：sockfd 是socket的返回值 描述符
buf 需要接受数据的缓存 一般是malloc或者数组
len 需要接受的buf的数据长度
flags 是否堵塞 0为堵塞
src_addr 发送服务器的地址结构体
addlen 结构体的长度的地址
返回值：成功返回实际接受到的数据，失败返回-1
函数作用：在UDP通信是接受数据（也可以用于TCP）
练习：客户端发送文件到服务器端。客户端发送的时候，需要先发一个结构体和数据包一起。
结构体是struct file{
int size
char buf【128】；
int flags
}
广播通信：
一个发送端，多个接收端，所有当前网络的用户都可以接受到消息，一对多的关系。
单播： 一对一 ，广播是一对所有。
多播： 也叫组播，某一部分可以收到，另外一个部分收不到。（中间）
广播地址：最大的主机地址就是广播地址，192.168.5.124的广播地址192.168.5.255
广播是属于UDP通信方式。
客户端（发送） 服务器(接受)
socket socket
bind bind
设置允许广播 设置允许广播
设置广播地址为接收端地址 数据接受
数据发送 接续接受
关闭 关闭
设置广播：
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
函数作用：设置广播（只是其中一个功能）
函数参数： sockfd 是socket描述符
level 选项定义的层次，SOL_SOCKET (设置socket属性)
IPPROTO_TCP(设置tcp属性）
optname 需要设置或者获取的套接字的选项。 SO_BROADCAST
optval 指针，指向存放所获得选项的缓冲区。 如果是1则设置广播，如果是0则取消广播
optlen 指针 ，上一个参数的长度
返回值：如果成功返回0，失败返回-1
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
函数作用：获取socket的状态信息（获取接受发送缓存区等）
多播通信：也叫作组播通信，给某一部分发送消息
多播地址：D类地址，起始是224.0.0.0~239.255.255.255 。
在进行组播数据发送过程中，可以先自定义一个多播地址。把自己的ip地址加入到多播地址后，给多播地址发送数据，当前组中所有成员都可以收得到 。
客户端 (发送端) 服务器端（接收端）
socket socket
bind(选择) bind
设置允许多播 设置允许多播
加入到多播 加入到多播
给多播发数据 收数据
关闭 退出多播
关闭
setsockopt设置多播：
IP 多播通信必须依赖于 IP 多播地址， 在 IPv4 中它是一个 D 类 IP 地址， 范围从 224.0.0.1 到
239.255.255.255，并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类：
1）局部链接多播地址范围在 224.0.0.0~224.0.0.255，这是为路由协议和其它用途保留的地址，路由 器并不转发属于此范围的IP包；
2）预留多播地址为 224.0.1.0~238.255.255.255，可用于全球范围（如Internet）或网络协议；
3）管理权限多播地址为 239.0.0.0~239.255.255.255，可供组织内部使用，类似于私有 IP 地址，不能 用于 Internet，可限制多播范围
No such device的解决办法，把广播地址加入路有表
sudo route add -net 224.0.0.88 netmask 255.255.255.255 eth0
1>建立一个socket;
2>设置多播的参数，例如超时时间TTL，本地回环许可LOOP等
3>加入多播组
4>发送和接收数据
5>从多播组离开
2.多播程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现，组播的选项是IP层的。
3.setsockopt()的选项
int setsockopt( int sockfd, int level,int optname, const void *optval, socklen_t optlen );
成功执行返回0，否则返回-1
选项 IP_ADD_MEMBERSHIP 和 IP_DROP_MEMBERSHIP
加入或者退出一个多播组，通过选项 IP_ADD_MEMBERSHIP 和 IP_DROP_MEMBERSHIP，对一个结 构 struct ip_mreq 类型的变量进行控制，struct ip_mreq 原型如下：
struct in_addr{in_addr_t s_addr;}
struct ip_mreq{
// 多播组 IP，类似于 QQ 群号
struct in_addr imn_multiaddr;
struct in_addr imr_interface; // 将要添加到多播组的 IP，类似于QQ 成员号}
网络编程第三天：
一、多播编程流程
1>建立一个socket;
2>设置多播的参数，例如超时时间TTL，本地回环许可LOOP等（略）
3>加入多播组 setsocketopt
4>发送和接收数据 （给多播组地址发）
5>从多播组离开 setsockopt
2.多播程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现，组播的选项是IP层的。
3.setsockopt()的选项
int setsockopt( int sockfd, int level,int optname, const void *optval, socklen_t optlen );
成功执行返回0，否则返回-1
选项 IP_ADD_MEMBERSHIP 和 IP_DROP_MEMBERSHIP
加入或者退出一个多播组，通过选项 IP_ADD_MEMBERSHIP 和 IP_DROP_MEMBERSHIP，
对一个结 构 struct ip_mreq 类型的变量进行控制，struct ip_mreq 原型如下：
struct in_addr{in_addr_t s_addr;}
struct ip_mreq{
// 多播组 IP，类似于 QQ 群号
struct in_addr imn_multiaddr;
struct in_addr imr_interface; // 将要添加到多播组的 IP，类似于QQ 成员号}
strubt hp mrdq（
strubt hn _ccr hmr multh_ccr;
strubt hn _ccr hmr hntdre_bd;
）;
strubt hp mrdq mrdq;
azdro(&mrdq, shzdoe(mrdq））;
mrdq.hmr multh_ccr.s _ccr = ine_addr(“224.10.10.1”）;
mrdq.hmr hntdre_bd.s _ccr = htonl(INADDR ANY）;
setsockopt(sobkec, IPPR0T0_IP, IP_ADD_MEMBER, &mrdq, shzdoe(mrdq））;
二、io模型
1>堵塞IO模型
最常用，超简单，效果最低。
（read write recv send recvfrom sendto accpet ）
(bind listen close socket)
2>非堵塞IO模型
函数不堵塞，直接返回，需要轮询。占用cpu
第一种方式： 直接在recv或者send 或者recvfrom 或者sendto的参数设置非堵塞
例如： recv(fd,buf,sizeof(buf),MSG_DONTWAIT);
第二种方式：fcntl函数设置
int flag = fcntl(fd,F_GETFL,0);
flag |= O_NONBLOCK 接下来的read write等函数都是非堵塞的。
3> 多路复用IO模型
#include <sys/select.h>
函数原型： int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
头 文 件： #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>
函数作用：做多路复用函数（等待内核通知，然后再通知给read 或者write函数）
函数参数： nfds 最大描述符值+1
readfds 需要读取的描述符的集合(需要监控的是读缓存）
writefds 需要写的描述符集合(需要监控的是写缓存）
exceptfds 需要异常的描述符集合(监控异常信息）
timeout 超时检测。如果不设置NULL默认是堵塞
返回值： 返回负数 select错误
返回正数： 某些描述符有信号。
返回0则表示等待超时。
以下函数是辅助select函数的使用。
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
函数作用：把所有描述符清空，把fd的描述符在set中清空。
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
函数作用： 判断fd是否在set描述符集合中。
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
函数作用：将fd设置到set描述符集中
void FD_ZERO(fd_set *set);
函数作用： 把描述符集全部清空，编程0；
4>信号驱动模型
发送信号
案例：写一个UDP的接受端，设置成非堵塞(fcntl)，然后再while1中不断的读取数据。读取到数据后打印出来。
案例：写一个发送端，需要监控接受和发送复用。（select后需要监控发送结合和接受集合）。
gethostname() 获得主机名
函数原型： int gethostname(char *name, size_t len);
头文件： #include <unistd.h>
函数作用： 获得主机名
函数参数： name 得到主机名，buf存储
len 主机名buf长度
函数原型： int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
函数作用: 获得与套接口相连的远程协议地址
头 文 件: #include <sys/socket.h>
函数参数： sockfd 是socket描述符
addr 用于保存地址的buf
addrlen 保存地址buf的长度
函数原型 struct hostent *gethostbyname(const char *name);
头 文 件： #include <netdb.h>
函数作用：根据主机名取得主机信息
函数参数： *name 主机名
结构体如下： struct hostent {
char *h_name; /* 主机规范名 */
char **h_aliases; /* 别名列表 */
int h_addrtype; /*主机地址类型 */
int h_length; /* 主机地址长度 */
char **h_addr_list; /* 主机地址列表 */
}
案例：
int main() {
struct hostent* addr = gethostbyname("www.baidu.com");
printf("%s\n",(addr->h_addrtype == PF_INET)?"IPV4":"IPV6");
for(int i = 0;addr->h_addr_list[i];++i) {
printf("%s\n" ,inet_ntoa( *(struct in_addr*)addr->h_addr_list[i]));
}
return 0;
}
//自学
getsockname() 获得本地套接口协议地址
gethostbyaddr() 根据主机地址取得主机信息
getprotobyname() 根据协议名取得主机协议信息
getservbyname() 根据服务名取得相关服务信息
getservbyport() 根据端口号取得相关服务信息
重点： 设置网络属性。
setsockopt() 获取/设置一个套接口选项
函数原型：int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
sockfd:一个标识套接口的描述字
level：选项定义的层次。支持的层次仅有SOL_SOCKET(socket属性)和
IPPROTO_TCP(tcp属性)IPPROTO_IP
optname：需设置的套接口选项。
optval：指针，指向存放所设置选项值的缓冲区。
optlen：指针，指向optval缓冲区的长度值。
预习：unix通信和延迟处理。
网络编程第四天：
1.unix域socket
不属于网络通信内容，只在多进程之间通信。（ipc的一种通信方式）
两种方式：tcp和udp
通过普通文件的路径名来识别socket，不需要提供ip地址。
unlix的TCP域套接字
服务器 客户端
socket socket
bind bind
listen connect
accept ....
read read
write write
close close
流程：
首先创建socket。int fd =socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM.0);
其次绑定结构体：
struct sockaddr_un {
sa_family_t sa_prefix 协议簇
char sun_path[108]; 路径名
};
再次：绑定 bind函数
接下来listen ，accpet ，read ，write close
注意：unix需要注意 再bind前需要保证文件不存在。可以提前用remove删除bind的文件。防止出错。
网络延迟检测：
setsockeopt 函数，第三个参数设置 SO_RECVTIMEO—设置接收延迟时间
SO_SENDTIMEO—设置发送的延迟时间
第四个参数： 结构体 simeval的结构体
注意：需要加上头文件 #include<sys/time.h>
struct timeval
{
__time_t tv_sec; /* 秒数. /
__suseconds_t tv_usec; / 微秒数 */
};