TCP/IP网络编程-前三章学习笔记

开篇语

前两年, 就买了《TCP/IP网络编程》这本书, 因为自身基础薄弱, 只是蜻蜓点水翻阅了几张。

后来工做了这些年, 愈来愈感到瓶颈期已经来临, 再花式的 curd 也俘获不了领导的芳心了。

因而, 打算仔细学习下 《TCP/IP网络编程》, 为了让本身更深入记忆, 特作笔记。

建立套接字(socket)

#include <sys/scoket.h>

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

domain : 套接字中实用的协议族信息
type : 套接字数据传输类型信息
protocol : 计算机通讯中实用的协议信息
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1. domain参数 协议族

名称	协议族
PF_INET	IPv4互联网协议族
PF_INET6	IPv6互联网协议族
PF_LOCAL	本地通讯unix协议族
...	...

2. type参数 套接字类型

2.1 面向连接的套接字类型 (SOCK_STREAM)

传输方式特征:

1.1 传输过程数据不会丢失
1.2 按序传输数据
1.3 不存在数据边界
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这几个特性其实就是咱们常说的 TCP协议。

缓冲区概念:

收发数据的套接字内部有缓冲(buffer), 简言之就是字节数组. 经过套接字传输的数据将保存到该数组。 所以, 咱们 read、write其实读取缓冲区的内容。

那么当缓冲区满, 会发生什么状况呢。 在ICP/IP网络编程书中介绍, 若是read函数读取的速度比接收数据的速度慢, 则缓冲区有可能填满。 此时套接字将没法再接收数据, 传输端套接字将中止传输。

2.2 面向消息的套接字类型 (SOCK_STREAM)

传输方式特征:

1. 强调快速传输而非传输顺序
2. 传输数据可能丢失也可能毁损
3. 传输的数据存在数据边界
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其实就是咱们常说的UDP协议

3. protocol参数 协议最终选择

这里咱们不作选择, 为0便可。

4. 最终咱们使用TCP连接模式写法

//建立套接字(IPv4协议族, TCP套接字, TCP协议)
int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
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返回的为 文件描述符, 失败返回-1

向套接字分配网络地址(bind)

#include <sys/socket.h>

int bind(int socketfd, struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

socketfd 要分配的套接字文件描述符
myaddr  存储地址信息的结构体变量地址值
addrlen 第二个结构体变量的长度
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1. socketfd 参数

socketfd 不用多说, 便是咱们的socket函数返回的文件描述符

2. myaddr 参数

咱们看到他是一个 sockaddr 结构体的指针类型。

sockaddr结构体:

struct sockaddr {
	__uint8_t       sa_len; 
	sa_family_t     sa_family; //地址组
	char            sa_data[14]; //地址信息
}; 
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在sa_data一个成员里,包含了ip、port的地址信息, 这样写起来很麻烦, 因此有了新的结构体 sockaddr_in (IP和端口进行了拆分)

sockaddr_in结构体

struct sockaddr_in {
	__uint8_t       sin_len;
	sa_family_t     sin_family; //地址族
	in_port_t       sin_port; // TCP/UDP端口号
	struct  in_addr sin_addr; //IP地址
	char            sin_zero[8];
};
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在上面的结构体中, 又嵌套了 in_addr 结构体,记录 IP 地址

struct in_addr {
	in_addr_t s_addr; //32位IPv4地址
};
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结构体 sockaddr_in 的成员分析

成员 sin_family

地址族	含义
AF_INET	IPv4互联网使用的地址族
AF_INET6	IPv6互联网使用的地址族
AF_LOCAL	本地通讯unix使用的地址族
...	...

成员 sin_port

16位端口号

成员 sin_addr

32位 ip 地址信息, 以网络字节序保存

成员 sin_zero

无特殊含义, 为与sockaddr 大小保持一致, 写入0 便可。

3. addrlen参数

传递地址信息的长度

4. 最终咱们使用bind绑定地址方式

//分配内存-构造服务端地址端口
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
//IPv4中的地址族
serv_addr.sin_family = AF_INET;
//32位的IPv4地址， INADDR_ANY表示当前ip
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//16位tcp/udp端口号
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));  

//分配地址
if (bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr,sizeof(serv_addr) )==-1){
    printf("bind() error");
    exit(0); 
}
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bind函数以前, 构造了 sockaddr_in 结构体的数据, 其中介绍几个点.

1. INADDR_ANY 会自动获取当前服务器的IP
2. 咱们看到使用到了 htonl、htons 函数,构造IP地址和端口

为何构造结构体地址时候使用了 htonl、htons对IP、端口进行了转换

首先咱们来看下这几个函数的含义

地址族	含义
htons	把short型数据从主机字节序转化为网络字节序
htonl	把long型数据从主机字节序转化为网络字节序
ntohs	把short型数据从网络字节序转化为主机字节序
ntohl	把long型数据从网络字节序转化为主机字节序
...	...

数据传输采用的网络字节序, 那在传输前应直接把数据转换成网络字节序, 接收的数据也须要转换城主机字节序再保存 上面这句话是有问题的, 缘由是数据收发过程当中是有自动转换机制的.

除了 socketaddr_in 结构体变量手动填充数据转换外, 其余状况不须要考虑字节序问题。

说了这么多字节序, 那到底什么是网络字节序,什么是主机字节序

1.主机字节序：主机内部内存中数据的处理方式。

2.网络字节序：网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操做系统等无关，从而能够保证数据在不一样主机之间传输时可以被正确解释。网络字节顺序采用big endian（大端）排序方式。

天啦撸, 大端又是啥, 咱们从两种网络字节顺序提及

字节序：是指整数在内存中保存的顺序。

cpu向内存保存数据字节序有两种实现方式：

• 小端字节序（little endian）：低字节数据存放在内存低地址处，高字节数据存放在内存高地址处。

• 大端字节序（bigendian）：高字节数据存放在低地址处，低字节数据存放在高地址处。

图例:

大字节序更符合咱们的阅读习惯。可是咱们的主机使用的是哪一种字节序取决于CPU，不一样的CPU型号有不一样的选择。

当咱们两台计算机是须要网络通讯时, 规范统一约定为大端序进行通信处理.

###客户端代码分析 咱们在服务端设置ip时候, 使用了 INADDR_ANY 会自动获取当前服务器的IP, 咱们看下客户端的链接代码

struct sockaddr_in serv_addr;
struct sockaddr_in clnt_addr;

char message[30];
//建立套接字(IPv4协议族, TCP套接字, TCP协议)
int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock == -1 ){
    printf("socket() error");
    exit(1);
}

//分配内存-构造服务端地址端口
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
//IPv4中的地址族
serv_addr.sin_family = AF_INET;
//32位的IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
//16位tcp/udp端口号
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));  

if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))) {
    printf("connect() error");
    exit(1);
}

int length = read(sock, message, sizeof(message)-1); 
if (length==-1){
    printf("read() error");
    exit(1);
}
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知识点1

设置服务端 serv_addr.sin_addr.s_addr 地址, 使用了函数 inet_addr

int_addr_t inet_addr(const char * string);
//成功时32位大端序整数值, 失败时返回 INADDR_NONE.
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例:

printf("%d",inet_addr("192.168.2.1"));
//output: 16951488
printf("%d",inet_addr("192.168.2.256"));
//output: -1
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相同功能函数, 只是简化了向 serv_addr.sin_addr.s_addr 赋值操做

int inet_aton(const char *string, struct in_addr * addr);
//成功时返回1(true) 失败时返回0(false)
inet_aton(addr, &addr_inet.sin_addr)
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其余函数:

char * inet_ntao(struct in_addr adr);
//成功时返回转换的字符串地址值, 失败时返回-1.
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知识点2

● atoi()：将字符串转换为整型值。

● atol()：将字符串转换为长整型值。

printf("%d",atoi("123"));
//output : 123
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对比服务端、客户端构造地址代码

服务端

serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//16位tcp/udp端口号
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));  
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客户端

//32位的IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
//16位tcp/udp端口号
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));  
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这里面包含上面讲到的一些知识点.

1. 服务端由于使用INADDR_ANY实际等于 inet_addr("0.0.0.0"), 获取本机的IP地址
2. 由于客户端接收了字符串IP地址, 因此使用了显示 inet_addr, 返回32位大端序整型数值
3. htons 将短整型转换为网络字节序, 对于端口来讲是比较合适的, 而对于IP类转换的整型数值, 通常须要 htonl 进行转换

参考资料:

《TCP/IP 网络编程》

blog.csdn.net/stalin_/art…