网络编程之socket编程

为什么要在Linux和windows系统下同时学习

大多数项目是在Linux下开发服务器端，而在Windows下开发客户端，需要经常在两大平台之间进行切换，单独学习一种平台没有实践意义。值得欣慰的是，两大平台下的 socket 编程非常相似，并不会增加多少学习成本。网络编程就是编写程序使两台联网的计算机相互交换数据。这就是socket的全部内容，socket编程远比想象中的简单很多。

基础学习

在计算机通信领域，socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器：浏览器获取用户输入的URL，向服务器发起请求，服务器分析接收到的URL，将对应的网页内容返回给浏览器，浏览器再经过解析和渲染，就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

学习socket，也就是学习计算机之间如何通信，并编写实用的程序。

IP地址（IP Address）：计算机分布在世界各地，要想和它们通信，必须要知道确切的位置。确定计算机位置的方式有多种，IP 地址是最常用的，例如，114.114.114.114 是国内第一个、全球第三个开放的 DNS 服务地址，127.0.0.1 是本机地址。其实，我们的计算机并不知道 IP 地址对应的地理位置，当要通信时，只是将 IP 地址封装到要发送的数据包中，交给路由器去处理。路由器有非常智能和高效的算法，很快就会找到目标计算机，并将数据包传递给它，完成一次单向通信。
目前大部分软件使用 IPv4 地址，但 IPv6 也正在被人们接受，尤其是在教育网中，已经大量使用。
端口（Port）：有了 IP 地址，虽然可以找到目标计算机，但仍然不能进行通信。一台计算机可以同时提供多种网络服务，例如Web服务、FTP服务（文件传输服务）、SMTP服务（邮箱服务）等，仅有 IP 地址，计算机虽然可以正确接收到数据包，但是却不知道要将数据包交给哪个网络程序来处理，所以通信失败。为了区分不同的网络程序，计算机会为每个网络程序分配一个独一无二的端口号（Port Number），例如，Web服务的端口号是 80，FTP 服务的端口号是 21，SMTP 服务的端口号是 25。端口（Port）是一个虚拟的、逻辑上的概念。可以将端口理解为一道门，数据通过这道门流入流出，每道门有不同的编号，就是端口号。
协议（Protocol）：就是网络通信的约定，通信的双方必须都遵守才能正常收发数据。协议有很多种，例如 TCP、UDP、IP 等，通信的双方必须使用同一协议才能通信。协议是一种规范，由计算机组织制定，规定了很多细节，例如，如何建立连接，如何相互识别等。
数据传输方式：计算机之间有很多数据传输方式，各有优缺点，常用的有两种：SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。

1）SOCK_STREAM 表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。

2）SOCK_DGRAM 表示无连接的数据传输方式。计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。

什么是socket？

socket可以看成是用户进程与内核网络协议栈的编程接口。socket不仅可以用于本机的进程间通信，还可以用于网络上不同主机的进程间的通信。

我们可以把socket底层的传输当做是底层的内核，对于上层的应用程序我们只需要关心套接口的存在，我们可以把套接口看成是进程间通信的手段。

IPv4套接口地址地址通常也称为“双际套接字地址结构”，它以“sockaddr_in”命名

struct sockaddr_in{
    uint8_t        sin_len;
    sa_family_t    sin_family;
    in_port_t      sin_port;
    struct in_addr sin_addr;
    char           sin_zero[8];
};

sin_len:整个sockaddr_in结构体的长度；sin_family:指定该地址家族；sin_port：端口；sin_addr：IPv4的地址；sin_zero:暂不使用，一般将其设置为0；

通用地址结构用来指定与套接字关联的地址。

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struct sockaddr_in{
    uint8_t     sin_len;
    sa_family_t sin_family;
    char        sa_data[14];
};

sin_len：整个sockaddr结构体的长度；sin_family:指定该地址家族；sa_data:由sin_family决定它的形式。