[网络协议]网络编程TCP—1

网络编程

一、进程间通信方式

1、信号 kill -信号值 pid / killall -信号值 进程名 / killall signal()
2、无名管道 – 不存在与文件系统，只能作用于亲缘进程。
3、有名管道 – 是Linux系统中的一种特殊文件(管道文件)，可以实现同一主机内任意两个进程之间的通信。写入具有原子性。可以实现多对一通信。
4、消息队列 – 消息带有类型的一种”管道”
5、共享内存 – 进程间通信最快的一种方式，
6、信号量 – 结合共享内存使用

二、网络编程 – 套接字编程

本质：在不同的主机上的进程通过网络协议实现通信。

1、套接字

套接字是网络通信中重要的接口，可以把它理解成Linux的一种特殊的文件描述符。
套接字既可以实现本地之间进程间通信，也可以实现网络间进程间通信。

2、协议

在不同的主机间进行通信，那么通信双方必须对通信的内容有相同的理解，需要通信双方遵循同一个约定，这个约定就是协议！

Internet 的前身是阿帕网(ARPAnet), 阿帕网使用的协议是 NCP协议。
阿帕网缺点：不能互联不同操作系统的计算机。 1983年被TCP/IP 协议取代

TCP：传输控制协议，检查网络通信中的错误。

IP：因特网互联协议，对不同的主机实现互联。

3、网络体系模型

OSI七层模型
TCP/IP四层模型

4、传输层协议 TCP / UDP

1）TCP协议 (打电话)
面向连接 ： 在通信之前要先建立连接
可靠的传输协议 ： 保证数据无丢失，无错漏，无重复到达。
应用场景：
·传输质量高或者是大数据传输通信时。
·即时通讯软件登录。
·可靠数据传输场合。

2)UDP协议 (寄信)
面向非连接：在通信之前不需要连接
不可靠传输协议：数据保证正常发送，但是不保证一定被对方正确接收。
应用场景：
·发送小尺寸数据。
·用于广播和组播
·网络流媒体数据传输一般采用UDP协议。

5、几个网络编程的基本知识

1） socket 套接字 --> 一个特殊的文件描述符
·一个函数接口
·在网络体系模型中，socket位于用户层(应用层)和内核(传输层)之间，TCP和UDP都支持套接字。
·Linux下的文件描述符，可以通过read,write,close进行操作

2）IP地址
·在IP协议中规定，所有Internet上进行通信的主机都必须要一个IP地址。
·在IPV4协议中，IP地址是一个32位无符号整数。 unsigned int
·网络上的数据包中必须包含源IP和目标IP
·IP地址通常使用点分十进制表示 ： “192.168.15.2”

3）端口号 （unsigned short） 0 ~ 65535
端口号作用：当一个网络数据包传输到主机时，通过数据包上的端口号信息确定发给对应的进程。
端口号使用情况：
1）系统占用端口号 ： 0 ~ 1023
2）可用端口号 ： 1024 ~ 65535

FTP： 20 21 telnet : 23

4）字节序
小端序：高位存放高位地址，低位数据存放低位地址 (主机字节序)
大端序：高位存放低位地址，低位数据存放高位地址 (网络字节序)

例子： 假设有一个数据 0x12345678,存放在连续的四个字节中， 0xaabbcc00, 0xaabbcc01, 0xaabbcc02,0xaabbcc03, 请问这个数据中每个字节的存放情况(小端序)。
==> 012, 0x34, 0x56, 0x78 ==> 0x12 （最高位数据）
==> 0xaabbcc00, 0xaabbcc01, 0xaabbcc02,0xaabbcc03, ==> 0xaabbcc03 （最高位地址）
==> 0x12 == 0xaabbcc03;
==> 0x34 == 0xaabbcc02;
==> 0x56 == 0xaabbcc01;
==> 0x78 == 0xaabbcc00;
注意：在通信时，需要把主机字节序的IP和端口号设置成网络字节序

三、计算机IP设置

1、Windows 的IP设置

1） 查看自己的IP

3）修改自己的IP

2，Ubuntu的IP设置
==> 查看自己的IP信息 ifconfig

==> 临时设置IP sudo ifconfig ens33 192.168.15.xx （自己分配的IP）

Ubuntu的IP永久设置 --《Ubuntu16.04网络设置》

3、开发板IP设置

四、TCP网络通信

1、分析TCP通信的C/S模型 client/server

TCP传输协议要求通信双方在通信时先建立连接。C/S模型中使用的就是TCP通信协议。

2、相关函数

1） socket() //获取一个套接字

SYNOPSIS

   #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
   #include <sys/socket.h>

   int socket(int domain, int type, int protocol);

==> domain : 地址协议族 AF_INET (IPV4)
==> type : 传输层的协议类型
SOCK_STREAM ： 流式套接字 TCP协议
SOCK_DGRAM ： 数据报套接字 UDP协议
==> protocol : 默认属性 0
返回值： 成功返回套接字，失败返回-1

2） Bind() //给套接字绑定一个IP和端口号

SYNOPSIS

   #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
   #include <sys/socket.h>

   int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

==> sockfd : 套接字
==> addr : 通用地址结构体指针
==> addrlen : 通用地址结构体大小
返回值：成功返回0，失败返回-1
通用地址结构

  struct sockaddr
  {    
       u_short  sa_family;    // 地址族, AF_xxx
       char  sa_data[14];     // 14字节协议地址
  };

Internet协议地址结构 IPV4地址结构体

struct in_addr
{
     in_addr_t  s_addr;            // u32 network address 
};


  struct sockaddr_in
  {           
       u_short sin_family;      // 地址族, AF_INET，2 bytes
       u_short sin_port;      // 端口，2 bytes
       struct in_addr sin_addr;  // IPV4地址，4 bytes 	
       char sin_zero[8];        // 8 bytes unused，作为填充
  }; 

3） listen() // 监听套接字

SYNOPSIS

   #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
   #include <sys/socket.h>

   int listen(int sockfd, int backlog);

==> sockfd : 套接字
==> backlog : 监听数量 ==> 监听套接字同时能连接的客户端的最大数（backlog+4）
返回值：成功返回0，失败返回-1

4） accept() //等待连接

SYNOPSIS

   #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
   #include <sys/socket.h>

   int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

==> sockfd ： 套接字
==> addr : 地址结构体变量地址 (存放发起连接方的IP地址信息)
==> addrlen : 存放地址结构体变量大小
返回值： 成功返回一个会话ID，失败返回-1；

5） connect() //发起连接

SYNOPSIS

   #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
   #include <sys/socket.h>

   int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

==> sockfd : TCP套接字
==> addr : 存放对方地址信息的结构体的地址
==> addrlen : 地址结构体大小
返回值：成功返回0，失败返回-1；

6）write/read

例子： 设计一个C/S模型，客户端连接服务器，然后循环获取数据发送给服务器，服务器接收数据就把数据打印出来，如果发送 “QUIT_TALK\n”, 服务器和客户端都退出。

服务器

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

/*服务器*/
int main(int argc, char *argv[])
{
	//1, 获取TCP套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(-1 == sockfd)
	{
		perror("socket failed");
		return -1;
	}
	
	//2, bind 自己的IP和端口号
	struct sockaddr_in  server_addr, client_addr;
	socklen_t addrlen = sizeof(server_addr);
	
	server_addr.sin_family = AF_INET;		//IPV4地址族
	server_addr.sin_port = htons(8888);		//设置端口号 8888 
	server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.15.3");	//inet_addr 设置IP
	
	if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, addrlen) < 0)
	{
		perror("bind failed");
		return -1;
	}
	
	//3, listen 设置监听套接字
	listen(sockfd, 5);
	
	//4, accept 等待客户端连接
	int talkfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addrlen);
	
	//5, 循环接收数据-->打印数据
	char buf[1024];
	while(1)
	{
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		read(talkfd, buf, sizeof(buf));
		if( strcmp(buf, "QUIT_TALK\n") == 0 )
			break;
		printf("recvbuf:%s", buf);
	}
	
	//6, 关闭会话ID，关闭监听套接字
	close(talkfd);
	close(sockfd);
	
	return 0;
}

客户端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

/*客户端*/
int main(int argc, char *argv[])
{
	//1, 获取TCP套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(-1 == sockfd)
	{
		perror("socket failed");
		return -1;
	}
	
	//2, connect 连接到服务器
	struct sockaddr_in  server_addr;
	socklen_t addrlen = sizeof(server_addr);
	
	server_addr.sin_family = AF_INET;		//IPV4地址族
	server_addr.sin_port = htons(8888);		//设置端口号 8888 
	server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.15.3");	//inet_addr 设置IP	
	
	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, addrlen);
	
	//5, 循环发送数据
	char buf[1024];
	while(1)
	{
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
		write(sockfd, buf, sizeof(buf));
		if( strcmp(buf, "QUIT_TALK\n") == 0 )
			break;		
	}
	
	//6, 关闭TCP套接字
	close(sockfd);
	
	return 0;
}