網(wǎng)絡(luò)編程指南

1、計算機網(wǎng)絡(luò)編程1. 簡單的 TCP 程序的建立TCP 服務(wù)器端 TCP 客戶端圖 1-1 TCP 整體程序示意圖IPv4 特定套接字地址結(jié)構(gòu)TCP/IP 通用套接字地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr_in struct sockaddr sa_family_t sin_family;sa_family_t sa_family;in_port_t sin_port;char sa_data14;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8; 圖 1-2 套接字地址結(jié)構(gòu)1.1 服務(wù)器端程序 /* 相關(guān)頭文件 */ #include <st

2、dio.h> #include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <unistd.h>#include <string.h>int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); struct sockaddr_in serveraddr,clientaddr; serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_port = htons(1234); serveraddr.sin_addr.s_addr =

3、INADDR_ANY; socklen_t addrlen = sizeof(addr);bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,addrlen);/* 被動套接字， 兩個隊列 */ listen(sockfd,5);int sock_id = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen); /* 為什么是寫 sock_id？ 已鏈接的套接字 是否可以寫 sockfd？ 監(jiān)聽套接字*/ write(sock_id,buf,strlen(buf);Close(so

4、ckf id);1.2 客戶端程序#include <stdio.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(1234); inet_pton(AF_INET,"

5、127.0.0.1",&addr.sin_addr); connect(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr); char recvBuf100 = 0 ;read(sockfd,recvBuf,sizeof(recvBuf); Close(sockfd);2. 簡單的 UDP 程序的建立圖 2-1 UDP 程序整體架構(gòu)2.1 服務(wù)端程序int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); struct sockaddr_in servaddr; servaddr.sin_family

6、= AF_INET; servaddr.sin_port = htons(1234); servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bind(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr); struct sockaddr_in cliaddr; socklen_t clilen = sizeof(cliaddr); recvfrom(sockfd,msg,sizeof(msg),0,(struct sockaddr *)&cliaddr,&clilen);2.2 客戶端程序in

7、t sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); struct sockaddr_in servaddr; servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(1234); inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);/沒有客戶端與服務(wù)器之分 Struct sockaddr_in myaddr; myaddr.sin_family = AF_INET; Myaddr.sin_port = htons(1234);Mya

8、ddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; Bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myaddr,sizeof(myaddr);char *msg = "Hello World" sendto(sockfd,msg,strlen(msg),0, (struct sockaddr) &servaddr ,sizeof(servaddr);3. 多播程序的建立服務(wù)器端 客戶端圖 3-1 多播網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)3.1 服務(wù)器端程序int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); stru

9、ct sockaddr_in srv; srv.sin_family = AF_INET; srv.sin_port = htons(1234); inet_pton(AF_INET,"224.0.0.1",&srv.sin_addr); struct group_req req;req.gr_interface = 0; memcpy(&req.gr_group,&srv,sizeof(srv); setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,MCAST_JOIN_GROUP,&req,sizeof(req); bind(soc

10、kfd,(struct sockaddr*)&srv,sizeof(srv);char buf40 = 0; recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,NULL,0); setsockopt(sockfd,IPPROTO IP,MCAST LEAVE GROUP,&req,sizeof(req);3.2 客戶端程序int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); struct sockaddr_in srv;srv.sin_family = AF_INET;srv.sin_port = htons(1234); in

11、et_pton(AF_INET,"224.0.0.1",&srv.sin_addr);struct group req req;req.gr_interface = 0; memcpy(&req.gr_group,&srv,sizeof(srv); setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,MCAST_JOIN_GROUP,&req,sizeof(req); int onoff = 1;setsockopt(sockfd,SOL SOCKET,SO REUSEADDR,&onoff,sizeof(onoff);send

12、to(sockfd,msg,strlen(msg),0,(struct sockaddr *)&srv,sizeof(srv); setsockopt(sockfd,IPPROTO IP,MCAST LEAVE GROUP,&req,sizeof(req);4. 網(wǎng)絡(luò)編程涉及的函數(shù)與宏定義函數(shù)int socket(int domain,int type,int protocol);參數(shù) domainPF_UNIX/PF_LOCAL/AF_UNIX/AF_LOCAL UNIX 進程通信協(xié)議 PF_INET/AF_INET Ipv4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PF_INET6/AF_INET6 Ip

13、v6 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 PF_IPX/AF_IPX IPX-Novell 協(xié)議 PF_NETLINK/AF_NETLINK 核心用戶接口裝置 PF_X25/AF_X25 ITU-T X.25/ISO-8208 協(xié)議 PF_AX25/AF_AX25 業(yè)余無線 AX.25 協(xié)議 PF_ATMPVC/AF_ATMPVC 存取原始 ATM PVCs PF_APPLETALK/AF_APPLETALK appletalk(DDP) 協(xié)議 PF PACKET/AF PACKET 初級封包接口參數(shù) typeSOCK_STREAM 提供雙向連續(xù)且可信賴的數(shù)據(jù)流，即TCP。支持OOB 機制，在所有數(shù)據(jù)傳送前必須使用co

14、nnect()來建立連線狀態(tài)。SOCK_DGRAM 使用不連續(xù)不可信賴的數(shù)據(jù)包連接 SOCK_SEQPACKET 提供連續(xù)可信賴的數(shù)據(jù)包連接SOCK_RAW 提供原始網(wǎng)絡(luò)協(xié)議存取SOCK_RDM 提供可信賴的數(shù)據(jù)包連接SOCK PACKET 提供和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序直接通信。參數(shù) protocol用來指定 socket 所使用的傳輸協(xié)議編號，通常此參考不用管它， 設(shè)為 0 即可功能說明socket 用來建立一個新的 socket，也就是向系統(tǒng)注冊，通知系統(tǒng)建立一 個網(wǎng)絡(luò)通信端口。返回成功則返回 socket 處理代碼，失敗返回 -1。定義函數(shù)int bind(int sockfd,struct so

15、ckaddr * my addr,int addrlen);參數(shù) sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfd參數(shù) my_addrstruct socketaddr_inunsigned short int sin_family; uint16_t sin_port;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8;struct sockaddr sa_family_t sa_family; char sa_data14;參數(shù) addrlen即 sizeof(my addr)功能說明綁定網(wǎng)絡(luò)地址端口給參數(shù) sockfd 。返回成功則返回 0

16、，失敗返回 -1，錯誤原因存于 errno 中。定義函數(shù)int connect (int sockfd,struct sockaddr* serv addr,int addrlen);參數(shù) sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfdstruct socketaddr_instruct sockaddr unsigned short int sin_family;sa_family_t sa_family;參數(shù) servuint16_t sin_port;char sa_data14;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8; ;參

17、數(shù) addrlen即 sizeof(my addr)功能說明連接設(shè)定好的端口和網(wǎng)絡(luò)地址返回成功則返回 0，失敗返回 -1，錯誤原因存于 errno 中。定義函數(shù)int listen(int sockfd,int backlog)參數(shù) sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfd參數(shù) backlog監(jiān)聽等待隊列最大值即 backlog 乘以 1.5，一般情況設(shè)定為 5功能說明監(jiān)聽客戶端的連接返回成功則返回 0，失敗返回 -1，錯誤原因存于 errno 中。定義函數(shù)int accept(int socket,struct sockaddr * addr,int * addrlen);參數(shù)

18、sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfdstruct socketaddr_instruct sockaddr unsigned short int sin_family;sa_family_t sa_family;參數(shù) servuint16_t sin_port;char sa_data14;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8; ;參數(shù) addrlen即 sizeof(my addr)參數(shù) addrlen功能說明接受來自客戶端的連接返回成功則返回 0，失敗返回 -1，錯誤原因存于 errno 中。定義函數(shù)int recv

19、from(int socket,void *buf,int len,unsigned int flags ,struct sockaddr *from ,int *fromlen);參數(shù) sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfd參數(shù) buf接受數(shù)據(jù)保存的內(nèi)存池參數(shù) len接受數(shù)據(jù)的長度參數(shù) flags參數(shù) flags 一般設(shè) 0，其他數(shù)值定義請參考 recv()參數(shù) from發(fā)送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)地址與端口參數(shù) fromlen網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)體長度功能說明接受來自對端的數(shù)據(jù)返回成功則返回接收到的字符數(shù)，失敗則返回-1，錯誤原因存于 errno 中。定義函數(shù)int sendto ( int so

20、ckfd , const void * msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr * to , int tolen )參數(shù) sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfd參數(shù) msg發(fā)送數(shù)據(jù)保存的內(nèi)存池參數(shù) len發(fā)送數(shù)據(jù)的長度參數(shù) flags參數(shù) flags 一般設(shè) 0，其他數(shù)值定義請參考 send()參數(shù) to對端數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)地址與端口參數(shù) fromlen網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)體長度功能說明發(fā)送本段的數(shù)據(jù)返回成功則返回實際傳送出去的字符數(shù)， 失敗返回 1，錯誤原因存于 errno 中。定義函數(shù)int setsockopt(in

21、t sockfd,int level,int optname,const void * optval ， socklen toptlen) ；參數(shù) sockfd調(diào)用 socket 返回的 sockfd參數(shù) level參數(shù) level 代表欲設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)層， 一般設(shè)成 SOL_SOCKET 以存取 socket 層。參數(shù) optname 代表欲設(shè)置的選項，有下列幾種數(shù)值 :SO_DEBUG 打開或關(guān)閉排錯模式SO_REUSEADDR 允許在 bind ()過程中本地地址可重復使用 SO_TYPE 返回 socket 形態(tài)。SO_ERROR 返回 socket 已發(fā)生的錯誤原因SO DONTROUT

22、E 送出的數(shù)據(jù)包不要利用路由設(shè)備來傳輸。SO_BROADCAST 使用廣播方式傳送SO_SNDBUF 設(shè)置送出的暫存區(qū)大小SO_RCVBUF 設(shè)置接收的暫存區(qū)大小 SO_KEEPALIVE 定期確定連線是否已終止。SO_OOBINLINE 當接收到 OOB 數(shù)據(jù)時會馬上送至標準輸入設(shè)備 SO LINGER 確保數(shù)據(jù)安全且可靠的傳送出去。參數(shù) optval代表需要設(shè)的參數(shù)值（太多，沒有列舉）參數(shù) optlen為 optval 的長度。功能說明用來設(shè)置參數(shù) sockfd 所指定的 socket 狀態(tài)返回成功則返回 0，失敗返回 -1，錯誤原因存于 errno 中。附錄：問題列表附錄1. socke

23、t意義向內(nèi)核申請一個網(wǎng)絡(luò)套接字，類似文件描述符2. 服務(wù)端設(shè)定端口地址的意義 指定對方的端口和 IP 地址。3. 為什么要 bind服務(wù)端 TCP 需要監(jiān)聽本地端口，需要標記本地端口和地址給 sockfd，并在內(nèi)核 中申請資源。4. 監(jiān)聽服務(wù)器端需要監(jiān)聽 sockfd，將其轉(zhuǎn)換為被動連接的網(wǎng)絡(luò)套接字， （創(chuàng)建的時候默 認是主動連接的），在監(jiān)聽之際，會維護兩個隊列，一個已完成連接的隊列，一 個未完成連接的隊列，當客戶端 connect 時，發(fā)送一個 SYN 給服務(wù)器端，監(jiān)聽 往未完成的隊列中添加一項，然后返回一個 ACK 應(yīng)答，客戶端重新返回一個應(yīng) 答 ACK ，這樣連接建立，將該項從未完成移動

24、到已完成隊列末尾， accept 函數(shù) 只要已完成隊列有項就會被喚醒。 listen第二個參數(shù)代表這兩個列總長度 / 1.55. accept兩個 sockfd、sock_id 關(guān)系 一個用來監(jiān)聽本地端口，一個是新創(chuàng)建的虛擬的客戶端網(wǎng)路套接字6. 為什么客戶端不需要 bind 客戶端是主動連接服務(wù)器，不需要綁定本地端口和 IP7. 客戶端的 sockaddr_in ？ 代表他需要連接的服務(wù)器的地址和端口，并不是自己的8. recvfrom 的 clientaddr 什么意思？這是從對端的端口和 IP ，不關(guān)心客戶端是誰連接，可以直接寫 0，但是服務(wù)器端 不保存客戶端地址的話，無法回發(fā)數(shù)據(jù)9.

25、為什么 UDP 服務(wù)器端需要 bind 同樣的，作為服務(wù)器，是需要被動接收數(shù)據(jù)，所以需要標記自己的端口和IP 等給本地 sockfd10. 為什么 UDP 客戶端不需要 bind 因為他是主動去連接服務(wù)器，只要知道服務(wù)器的端口和 IP 即可連接，雖然這樣 做可以行得通，但是從軟件工程的角度， UDP 沒有特定的服務(wù)器端和客戶端，（網(wǎng) 絡(luò)視頻莫非也這樣不區(qū)分？，應(yīng)該是不需要往回發(fā)送數(shù)據(jù)）11. 什么是多播 當任何一個程序加入一個多播組時， 他可以往這個組中發(fā)送數(shù)據(jù)， 也將接受到來 自這個組任何成員的數(shù)據(jù) （包括自己往組中發(fā)送的數(shù)據(jù)， 可以關(guān)閉）。多播是 UDP 連接12. 多播 bind 的意義

26、 只要是加入多播的程序，都是平等的成員，沒有所謂特定的服務(wù)器端和客戶端， 因為都需要接受來自多播組的數(shù)據(jù)， 也可以往多播組自中發(fā)送數(shù)據(jù)， 所以需綁定 多播地址，以便從多播地址發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，所以多播程序都需要 bind 多播地 址，從 UDP 角度來講，客戶端不需要 bind，但是多播雖然每一個都是客戶端， 但是都也會被動接受數(shù)據(jù)，所以要 bind圖 1-1 OSI 模型1. NetWork Basic1.1 OSI 模型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)首先需要知道的就是 OSI 模型，這是理論上的 INETNET 模型應(yīng)用層： 上層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編程接口表示層： 關(guān)注對等實體間交換數(shù)據(jù)格 式（int16，int32，in

27、t64 ，以及 little endian 和 big endian ） 會話層： 提供一個類似命名空間，將 一個應(yīng)用各部分不同傳輸流聯(lián)系 在一起，比如視頻流和音頻流 傳輸層 ： 進程到進程的信道（消息， 網(wǎng)關(guān)） 網(wǎng)絡(luò)層：路由選擇（分組、路由器） 數(shù)據(jù)鏈路層：比特流組成幀 （網(wǎng)絡(luò)適配器、 驅(qū)動程序、 Hub ） 物理層：物理通信鏈路上的原始比特 傳輸1.2 因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)， TCP、IP 模型（沙漏模型）TCP和 UDP提供邏輯信 道，從端到端( end to end)特點：1.沒有嚴格的劃分層 次，比較自由2. 沙漏模型，以 IP 為核 心定義網(wǎng)絡(luò)中交換分組的 一種共同方法1.3 網(wǎng)際協(xié)議族

28、OSI 模型僅僅只是學術(shù)上、理論上的模型，在真正的 Internet 應(yīng)用上，將應(yīng) 用層、表示層、會話層合并為一層，提供套接字供用戶進行編程，傳輸層提供 TCP、UDP 協(xié)議族，網(wǎng)絡(luò)層提供 IP 供上層使用，數(shù)據(jù)鏈路層與物理層即設(shè)備與 設(shè)備驅(qū)動程序。圖 1-2 網(wǎng)際協(xié)議族2. TCP 協(xié)議與 TCP編程2.1 TCP 協(xié)議略解TCP 是可靠的、可流量控制的、排序的、全雙工的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)際協(xié)議。 可靠性TCP 當往另一端發(fā)送數(shù)據(jù)時需要對端返回一個確認， 如果在一定時間沒有收TCP到確認， TCP 將會自動重傳數(shù)據(jù)并等待更長時間，直到數(shù)次重傳失敗之后、 才選擇放棄，一般為 410 分鐘 流量可控TCP 還有動態(tài)估算客戶端與服務(wù)器端往返時間 （RTT，round-trip time ）的算 法，以便估算等待一個確認需要多長時間 排序TCP 會對自己發(fā)出的每一個字節(jié)關(guān)聯(lián)一個序列號， 當這些數(shù)據(jù)為非順序發(fā)送 過去時，接受端 TCP 將會對數(shù)據(jù)進行排序重