linux下的网络编程

一、网络编程

        Linux 下的网络编程，核心是基于 TCP/IP 协议栈，通过操作系统提供的 Socket（套接字）API 实现网络通信，支持客户端与服务器间的数据传输，广泛用于开发服务器、客户端、网络工具等应用。

        1.目的

                不同主机，进程间通信；

        2.问题

        （1）主机与主机之间物理层面必须互联互通；

        （2）进程与进程在软件层面必须互联互通；

         广域网与局域网

广域网：覆盖范围广（如城市、国家、全球），依赖运营商专线、卫星等长途传输技术，连接多个局域网，传输速度相对较慢、延迟较高，典型代表是互联网，用于跨区域的数据交互；

局域网：覆盖范围小（如家庭、办公室、校园），采用交换机、路由器等设备连接，传输速度快、延迟低、安全性较高，常用于局部区域内设备（电脑、打印机等）的互联。

交换机与互联网

IP地址：计算机的软件地址，用来标识计算机设备；

MAC地址：计算机的硬件地址；

网络的端口号：标记同一主机上的不同网络进程；

       3.网络协议

        网络通信标准

       1） 0SI七层模型：开放系统互联模型（open system interconnect）【理论模型】

                不同设备间的网络通信的通信标准；

                （1）应用层：要传输的数据信息，如文件传输，电子邮件；

                （2）表示层：数据加密，解密，压缩，解压缩；

                （3）会话层：建立数据传输通道----->会话；

                （4）传输层：传输的方式  UDP  TCP   端口号；

                （5）网络层：实现数据路由  路径规划  路由器  ip；

                （6）数据链路层：封装成帧，点对点通信（居于网内通信），差错检测  交换机   ARP；

                （7）物理层：定义物理设备标准，电气特性，比如网线、光纤等传输介质  比特流：  bit  0、1

        2）TCP/IP模型：【应用模型】

        五层：

                <1>应用层：

                        HTTP：超文本传输协议

                        HTTPS：超文本传输协议（SSL加密算法）

                        FTP:文件传输协议（TCP）

                        TFTP:简单文件传输协议（UDP）

                        MQTT：消息队列遥测传输协议（物联网协议）（节省带宽）

                        DNS：域名解析服务，域名转为成IP地址

                <2>传输层：

                        TCP：传输控制协议（确定唯一路径）

                        UDP：用户数据报协议（数据丢失）

                <3>网络层：

                        IP协议

                        192.168.1.128

                        IPV4：32位

                        IPV6：128位

                        192.168.0.142（用户表示形式）点分十进制

                        IP地址 = 网络位 + 主机位

                        子网掩码:
如：255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
用来区分IP地址的网络位和主机位，搭配IP地址使用。
子网掩码是1的部分对应IP地址的网络位
子网掩码是0的部分对应IP地址的主机位

                        网段号：

                        ip地址网络位不变，主机位全为0，则该IP地址的网段号

                广播号

                192.168.1.255

                ip地址网络位不变，主机位全为1，则该IP地址的广播号

                网关地址   ： 192.168.1.1

        IP地址划分：（A）同于管理大规模网络；

                              （B）用于管理中大规模网络；

                              （C）用于管理中小规模网络；

                              （D）组播与广播；

                              （E）用来实验；

                <4>数据链路层：

                        ARP：地址解析协议

                <5>物理层：设备特征等

        四层：

                应用层：同上；

                传输层：同上；

                网络层：同上；

                网络接口层：合并数据链路层和物理层；

5.网络端口号

端口号：16位的整型数据（unsigned short）0--65535

端口号功能：标记同一主机的不同网络进程

分类：

        （1）任何TCP/IP实现所提供的服务都用1-1023之间的端口号；

                http：80；

                FTP：20/21

                TFTP：69

                HTTPS：443

          （2）端口号从1024-49151是被注册的端口号，被LANA指定为特殊服务使用；

                MQTT：1883/8883

6.网络配置

        （1）ping  ip地址/域名

                查看当前主机和ip地址是否联通

        （2）ifconfig

                在linux下查看当前主机IP地址

                在windows下查看当前主机IP地址

7.用户数据协议--UDP

        UDP：传输层

                用户数据报协议

        1）网络编程模型

                B/S：browser/server（浏览器/服务器）

                1.客户端是一个通用的客户端；

                2.只做服务器的开发；

                3.客户端要加载的数据均来自服务器；

                C/S：client/server（客户端/服务端）

                1.客户端是一个专用的客户端；

                2.服务器和客户端都需开发；

                3.客户端可保存资源，本地加载，无需所有数据都请求服务器；

        2）UDP编程

                套接字：文件描述符

                                网络通信时，应用层可操作的端口

客户端  ：sendto（）--->recvfrom（）----->close（）

服务端  ： bind（）----->recvform---->  sendto----->close（）

        UDP特点：UDP：无连接、不可靠、数据报协议（如 DNS、视频流），无需建立连接，传输效率高，但可能丢包或乱序。

UDP函数：

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

       i（1）nt socket(int domain, int type, int protocol);

功能·：创建通信的套接字；

参数：

        domain：网络层使用什么协议族

        AF_INET             IPv4 Internet protocols         
AF_INET6            IPv6 Internet protocols    

        type：规定传输层的协议

        SOCK_DGRAM  ：UDP协议；

        SOCK_STREAM：TCP协议；

        SOCK_RAW：原始套接字

        protocol：0 按照默认协议创建；

返回值：

        成功：套接字

        失败：-1

（2）ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能：向网络套接字发送数据；

参数：

        sockfd：套接字；

        buf：要发送的数据的首地址；

        len：要发送的字节数；

        flags：0：按照默认方式发送；

        deat_addr：接收方的地址信息（IP+端口号）；

        addrlen：接收方地址的大小；

返回值：

        成功：实际发送的字节数；

        失败：-1；

下列函数是Linux 网络编程中核心的字节序转换函数，主要用于解决不同主机间数据传输的 “字节序不一致” 问题，确保数据在网络中正确解析：host：主机   network：网络

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);          主机转网络  host ----->network  4
uint16_t htons(uint16_t hostshort);         主机转网络 host ----->network  2
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);           网络转主机   network----->host  4
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);          网络转主机  network----->host  2

其中

网络字节序：大端                network
主机字节序：小端  50000   host

（3）in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:
将字符串IP地址转换成二进制IP地址形式

 char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：
将二进制ip转换成字符串

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

      （4） int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
功能：绑定自己的IP地址和端口号

参数：

        sockfd：套接字；

        addr：需要绑定的地址；

        addrlen：绑定地址的大小；

返回值：

        成功：0；

        失败：-1

（5） ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

功能：从套接字上接收数据

参数：

        sockfd：套接字；

        buf：存放接受数据的内存首地址；

        len：希望接受的字节数；

        flags：0：按照默认方式收到（阻塞）；

        src_addr：发送发地址的指针；

返回值：

        成功：接受的字节数；

        失败：-1