嵌入式学习笔记-linux应用编程和网络编程-3.9 linux网络编程实践

一、linux网络编程框架

1、网络是分层的

• OSI 7层模型
• 网络为什么要分层
• 网络分层的具体表现

2、TCP/IP协议引入

• TCP/IP协议是用的最多的网络协议实现
• TCP/IP分为4层，对应OSI的7层
• 我们编程时最关注应用层，了解传输层，网际互联层和网络接入层不用管

3、BS和CS

• CS架构介绍（client server，客户端服务器架构）
• BS架构介绍（broswer server，浏览器服务器架构）

二、TCP协议的学习1

1、关于TCP理解的重点

• TCP协议工作在传输层，对上服务socket接口，对下调用IP层
• TCP协议面向连接，通信前必须先3次握手建立连接关系后才能开始通信。
• TCP协议提供可靠传输，不怕丢包、乱序等。

2、TCP如何保证可靠传输

• TCP在传输有效信息前要求通信双方必须先握手，建立连接才能通信
• TCP的接收方收到数据包后会ack给发送方，若发送方未收到ack会丢包重传
• TCP的有效数据内容会附带校验，以防止内容在传递过程中损坏
• TCP会根据网络带宽来自动调节适配速率（滑动窗口技术）
• 发送方会给各分割报文编号，接收方会校验编号，一旦顺序错误即会重传。

三、TCP协议的学习2

1、TCP的三次握手

• 建立连接需要三次握手
• 建立连接的条件：服务器listen时客户端主动发起connect

2、TCP的四次握手

• 关闭连接需要四次握手
• 服务器或者客户端都可以主动发起关闭
• 注：这些握手协议已经封装在TCP协议内部，socket编程接口平时不用管

3、基于TCP通信的服务模式

• 具有公网IP地址的服务器（或者使用动态IP地址映射技术）
• 服务器端socket、bind、listen后处于监听状态
• 客户端socket后，直接connect去发起连接。
• 服务器收到并同意客户端接入后会建立TCP连接，然后双方开始收发数据，收发时是双向的，而且双方均可发起
• 双方均可发起关闭连接

4、常见的使用了TCP协议的网络应用

• http、ftp
• QQ服务器
• mail服务器

四、socket编程接口介绍

1、建立连接

• socket：socket函数类似于open，用来打开一个网络连接，如果成功则返回一个网络文件描述符（int类型），之后我们操作这个网络连接都通过这个网络文件描述符。
• bind
• listen
• connect

2、发送和接收

• send和write
• recv和read

3、辅助性函数

• inet_aton、inet_addr、inet_ntoa
• inet_ntop、inet_pton

4、常见的使用了TCP协议的网络应用

• 都定义在 netinet/in.h

• struct sockaddr，这个结构体是网络编程接口中用来表示一个IP地址的，注意这个IP地址是不区分IPv4和IPv6的（或者说是兼容IPv4和IPv6的）

• typedef uint32_t in_addr_t; 网络内部用来表示IP地址的类型

• struct in_addr
  {
  in_addr_t s_addr;
  };

• struct sockaddr_in
  {
  _SOCKADDR_COMMON (sin);
  in_port_t sin_port; /* Port number. /
  struct in_addr sin_addr; / Internet address. */

  /* Pad to size of `struct sockaddr’. */
  unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
  __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
  sizeof (in_port_t) -
  sizeof (struct in_addr)];
  };

• struct sockaddr 这个结构体是linux的网络编程接口中用来表示IP地址的标准结构体

• bind、connect等函数中都需要这个结构体，这个结构体是兼容IPV4和IPV6的。在实际编程中这个结构体会被一个struct sockaddr_in或者一个struct sockaddr_in6所填充。

五、IP地址格式转换函数实践

1、inet_addr、inet_ntoa、inet_aton

2、inet_pton、inet_ntop

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define IPADDR	"192.168.1.102"

// 0x66		01	a8		c0
// 102		1	168		192
// ÍøÂç×Ö½ÚÐò£¬Æäʵ¾ÍÊÇ´ó¶Ëģʽ

int main(void)
{
	struct in_addr addr = {0};
	char buf[50] = {0};
	
	addr.s_addr = 0x6703a8c0;
	
	inet_ntop(AF_INET, &addr, buf, sizeof(buf));

	printf("ip addr = %s.\n", buf);
	
/*	
	// ʹÓÃinet_ptonÀ´×ª»»
	int ret = 0;
	struct in_addr addr = {0};
	
	ret = inet_pton(AF_INET, IPADDR, &addr);
	if (ret != 1)
	{
		printf("inet_pton error\n");
		return -1;
	}
	
	printf("addr = 0x%x.\n", addr.s_addr);
*/	
	
	/*
	in_addr_t addr = 0;
	
	addr = inet_addr(IPADDR);
	
	printf("addr = 0x%x.\n", addr);		// 0x6601a8c0
*/	
	return 0;
}

六、soekct实践编程1

1、服务器端程序编写

• socket
• bind
• listen
• accept，返回值是一个fd，accept正确返回就表示我们已经和前来连接我的客户端之间建立了一个TCP连接了，以后我们就要通过这个连接来和客户端进行读写操作，读写操作就需要一个fd，这个fd就由accept来返回了。
• 注意：socket返回的fd叫做监听fd，是用来监听客户端的，不能用来和任何客户端进行读写；accept返回的fd叫做连接fd，用来和连接那端的客户端程序进行读写。

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

#define SERPORT		9003
#define SERADDR		"192.168.129.128"		// ifconfig看到的
#define BACKLOG		100

int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1, clifd = -1;
	socklen_t len = 0;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	char ipbuf[30] = {0};
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：bind绑定sockefd和当前电脑的ip地址&端口号
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success.\n");
	
	// 第三步：listen监听端口
	ret = listen(sockfd, BACKLOG);		// 阻塞等待客户端来连接服务器
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	
	// 第四步：accept阻塞等待客户端接入
	clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
	printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", ret);
	
	return 0;
}

2、客户端程序编写

• socket
• connect

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

#define SERADDR		"192.168.129.128"		// ·þÎñÆ÷¿ª·Å¸øÎÒÃǵÄIPµØÖ·ºÍ¶Ë¿ÚºÅ
#define SERPORT		9003

int main(void)
{
	int sockfd = -1, ret = -1;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	seraddr.sin_family = AF_INET;		
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	
	ret = connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("connect result, ret = %d.\n", ret);
	
	return 0;
}

• 概念：端口号，实质就是一个数字编号，用来在我们一台主机中（主机的操作系统中）唯一的标识一个能上网的进程。端口号和IP地址一起会被打包到当前进程发出或者接收到的每一个数据包中。每一个数据包将来在网络上传递的时候，内部都包含了发送方和接收方的信息（就是IP地址和端口号），所以IP地址和端口号这两个往往是打包在一起不分家的。

七、soekct实践编程3

1、客户端发送&服务器接收

• client：

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

#define SERADDR		"192.168.1.141"		// 服务器开放给我们的IP地址和端口号
#define SERPORT		9003

char sendbuf[100];

int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	// 第1步：socket
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：connect链接服务器
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("成功建立连接\n");

/*	
	// 建立连接之后就可以开始通信了
	strcpy(sendbuf, "hello world.");
	ret = send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
	printf("发送了%d个字符\n", ret);
*/
/*
	while (1)
	{
		printf("请输入要发送的内容\n");
		scanf("%s", sendbuf);
		//printf("刚才输入的是：%s\n", sendbuf);
		ret = send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
		printf("发送了%d个字符\n", ret);
	}
*/
	ret = recv(sockfd, sendbuf, sizeof(sendbuf), 0);
	printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
	printf("client发送过来的内容是：%s\n", sendbuf);
	
	return 0;
}

2、服务器发送&客户端接收

• server：

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

#define SERPORT		9003
#define SERADDR		"192.168.1.141"		// ifconfig看到的
#define BACKLOG		100

char recvbuf[100];

int main(void)
{
	// 第1步：先socket打开文件描述符
	int sockfd = -1, ret = -1, clifd = -1;
	socklen_t len = 0;
	struct sockaddr_in seraddr = {0};
	struct sockaddr_in cliaddr = {0};
	
	char ipbuf[30] = {0};
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("socketfd = %d.\n", sockfd);
	
	// 第2步：bind绑定sockefd和当前电脑的ip地址&端口号
	seraddr.sin_family = AF_INET;		// 设置地址族为IPv4
	seraddr.sin_port = htons(SERPORT);	// 设置地址的端口号信息
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERADDR);	//　设置IP地址
	ret = bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (ret < 0)
	{
		perror("bind");
		return -1;
	}
	printf("bind success.\n");
	
	// 第三步：listen监听端口
	ret = listen(sockfd, BACKLOG);		// 阻塞等待客户端来连接服务器
	if (ret < 0)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}
	
	// 第四步：accept阻塞等待客户端接入
	clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
	printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", clifd);
	
/*	
	// 建立连接之后就可以通信了
	// 客户端给服务器发
	ret = recv(clifd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0);
	printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
	printf("client发送过来的内容是：%s\n", recvbuf);
*/

/*
	// 客户端反复给服务器发
	while (1)
	{
		ret = recv(clifd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0);
		//printf("成功接收了%d个字节\n", ret);
		printf("client发送过来的内容是：%s\n", recvbuf);	
		memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
	}
*/
	// 服务器给客户端发
	strcpy(recvbuf, "hello world.");
	ret = send(clifd, recvbuf, strlen(recvbuf), 0);
	printf("发送了%d个字符\n", ret);

	return 0;
}

3、如何让服务器和客户端好好沟通

• 客户端和服务器原则上都可以任意的发和收，但是实际上双方必须配合：client发的时候server就收，而server发的时候client就收
• 必须了解到的一点：client和server之间的通信是异步的，这就是问题的根源
• 解决方案：依靠应用层协议来解决。说白了就是我们server和client事先做好一系列的通信约定。

八、soekct实践编程4

1、自定义应用层协议第一步：规定发送和接收方法

• 规定连接建立后由客户端主动向服务器发出1个请求数据包，然后服务器收到数据包后回复客户端一个回应数据包，这就是一个通信回合
• 整个连接的通信就是由N多个回合组成的。

2、自定义应用层协议第二步：定义数据包格式

3、常用应用层协议：http、ftp······

4、UDP简介

——资料来源于朱老师物联网大讲堂