第十三章总结
TCP/IP和网络编程
- TCP/IP和网络编程，分为两个部分，即TCP/IP协议及其应用和Web与CGI编程。
- TCP/IP协议包括TCP/IP栈、IP地址、主机名、DNS、IP数据包和路由器，基于TCP/IP网络中的TCP和UDP协议的套接字服务器编程。
- Web和CGI编程主要是HTTP编程模型、Web页面和Web浏览器，基于Linux的HTTPD服务器所支持的用户Web界面、PHP服务以及CGI建立的动态Web页面。
TCP/IP协议
- TCP/IP协议是互联网的基础，其中TCP是传输控制协议，IP是互联网协议。目前主流的IP是IPv4和IPv6，分别是32位地址和128位地址。
- TCP/IP的组织结构分为几个层次，通常称为TCP/IP堆栈
IP主机和IP地址
- 主机是支持TCP/IP协议的计算机或设备。每个主机由一个32位的IP地址来标识。为了方便起见32位的IP地址号通常用点记法表示。
- 应用程序通常使用主机名而不是IP地址。在这个意义上说，主机名就等同于IP地址，因为给定其中一个，我们可以通过DNS(域名系统)(RFC1341987RFC10351987)服务器找到另一个，它将IP地址转换为主机名，反之亦然。
- IP地址分为两部分，即NetworkID字段和HostID字段。根据划分，IP地址分为A~F类。
例如，一个B类IP地址被划分为一个16位NetworkID，其中前2位是10，然后是一个16位的HostID字段。发往IP地址的数据包首先被发送到具有相同networkID的路由器。路由器将通过HostID将数据包转发到网络中的特定主机。 - 每个主机都有一个本地主机名 localhost默认IP地址为127.0.0.1。
- 本地主机的链路层是一个回送虚拟设备，它将每个数据包路由回同一个localhost。这个特性可以让我们在同一台计算机上运行TCP/IP应用程序而不需要实际连接到互联网
IP协议
- IP协议是在IP主机之间收发数据包时所用的协议，IP协议是默认无差错传输的，所以它并不可靠。
IP数据包
- IP数据包是IP协议下的传输基本单位，它由IP头、发送方地址、接收方地址以及数据组成。每个IP数据包大小不超过64KB，IP头包含了有关数据包的信息，如数据包长、使用协议等，一个IP包头的格式基本如下：
UDP
- UDP（用户数据报协议）在IP上运行，用于发送/接收数据报。与IP类似，UDP不能保证可靠性，但是快速高效。
TCP
- TCP（传输控制协议）是一种面向连接的协议，用于发送/接收数据流。TCP也可在IP 上运行，但它保证了可靠的数据传输。通常，UDP类似于发送邮件的USPS，而TCP类似于电话连接。
端口编号
- 在各主机上，多个应用程序可同时使用TCP/UDP。每个应用程序由三个组成部分唯一标识
应用程序 = （主机IP，协议，端口号）
网络和主机字节序
- 计算机可以使用大端字节序，也可以使用小端字节序。在互联网上，数据始终按照网络序排序，这是大端。
TCP/IP网络中的数据流
网络编程与套接字
网络编程
- 网络编程需要一些网络部件，在Ubuntu Linux系统中就可能需要适用于Http和CGI编程的Apache服务器。
- 大多数的网络编程任务都是基于服务器-客户端的模型的。在这个模型中，客户端首先从服务器主机上运行服务进程。然后在客户端主机上运行客户端。
- 在UDP中，服务器等待来自客户端的数据报，处理数据报并生成对客户机的响应。
- 在TCP中，服务器先建立一个于=与客户端的虚拟电路（虚电路），再在服务器和客户端进行数据报传输。
套接字编程
- 在网络编程中，TCP/IP的用户界面是通过一系列C语言库函数和系统调用来实现的，这些函数和系统调用统称为套接字API。为了使用套接字API,我们需要套接字地址结构，它用于标识服务器和客户机。netdb.h和sys/socket.h中有套接字地址结构的定义。
套接字地址数据结构：
struct socketddr_in {
sa_family_t sin_family; //TCP/IP中的sin_family始终是AF_INET
in_port_t sin_port; //按网络字节顺序排列的端口号
struct in_addr sin_addr; //按网络字节顺序排列的主机IP地址
};
struct in_addr {
uint32_t s_addr; //按网络字节顺序排列的主机IP地址
}
- 服务器需要创建一个套接字，并将其与包含服务器IP地址和端口号的套接字地址绑定。它（指服务器套接字）可以使用一个固定端口号，或是操作系统内核所选择的端口号（当sin_port为0时）。
- 而为了与服务器通信，客户端也需要一个套接字。UDP套接字可以直接绑定到服务器地址，如果一个客户端套接字没有绑定到任何特定服务器，它就必须在后续的sendto()/recvfrom()调用中提供一个包含服务器IP和端口号的套接字地址。
socket系统调用
- int套接字
基本格式是int (int 域，int 类型，int 协议) - int bind()
基本格式是int bind(int sockfd , struct sockaddr *addr , socklen_t addrlen); - UDP套接字
UDP套接字使用scndto()/recvfrom()来发送/接收数据报。格式如下：
ssize_t sendto(int sockfd , const void *buf , size_t len , int flags , const
struct sockaddr *dest_addr , socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd , void *buf , size_t len , itn flags ,
struct sockaddr *src_addr , socklen_t *addr);
- TCP套接字
实践
/**********TCPserver.c**********/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#define MAX 256
#define SERVER_HOST "localhost"
#define SERVER_PORT 1234
struct sockaddr_in server_addr;
int sock,r;
int client_init()
{
printf("======= clinet init ==========\n");
printf ("1 : create a TCP socket\n");
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock<0)
{
printf("socket call failed\n"); exit(1);
}
printf("2 : fill server_addr with server's IP and P0RT#\n");
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // localhost
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); // server port number
printf("3 : connecting to server ....\n");
r = connect (sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof (server_addr));
if (r < 0)
{
printf("connect failed\n"); exit(3);
}
printf("4 : connected OK to\n");
printf ("-------------------------------------------------\n");
printf("Server hostname=%s PORT=%d\n", SERVER_HOST, SERVER_PORT);
printf ("-------------------------------------------------\n");
printf("========= init done ==========\n");
}
int main()
{
int n;
char line[MAX], ans[MAX];
client_init();
printf("***processing loop *********\n");
while (1)
{
printf("input a line :");
bzero(line, MAX);
fgets(line, MAX, stdin);
line[strlen(line)-1] = 0;
if (line[0]==0)
exit(0);
n = write(sock,line,MAX);
printf("client:wrote n=%d bytes;line=%s\n", n, line);
n = read(sock,ans,MAX);
printf("client:read n=%d bytes;line=%s\n", n, ans);
}
}
/**********TCPclient.c**********/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#define MAX 256
#define SERVER_HOST "localhost"
#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 1234
struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
struct in_addr client_addr_tranform;
int mysock, csock;
int r, len, n;
int server_init ()
{
printf("================== server init ======================\n"); // create a TCP socket by socket() syscall
printf("1 : create a TCP STREAM socket\n");
mysock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (mysock < 0)
{
printf("socket call failed\n");
exit(1);
}
printf("2 : fill server_addr with host IP and PORT# info\n");
// initialize the server_addr structure
server_addr.sin_family = AF_INET; // for TCP/IP
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // This HOST IP
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); // port number 1234
printf("3 : bind socket to server address\n");
r = bind(mysock,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
if (r < 0)
{
printf("bind failed\n");
exit(3);
}
printf(" hostname = %s port = %d\n", SERVER_HOST, SERVER_PORT);
printf("4 : server is listening ....\n");
listen(mysock, 5); // queue length = 5
printf("=================== init done =======================\n");
}
int main()
{
char line[MAX];
server_init();
client_addr_tranform.s_addr = client_addr.sin_addr.s_addr;
while(1) // Try to accept a client request
{
printf("server： accepting new connection ....\n");
// Try to accept a client connection as descriptor newsock
len = sizeof(client_addr);
csock = accept(mysock, (struct sockaddr *)&client_addr, &len);
if (csock < 0)
{
printf("server： accept error\n"); exit(1);
}
printf("server： accepted a client connection from\n");
printf ("-----------------------------------------\n");
printf("Clinet: IP=%s port=%d\n", inet_ntoa(client_addr_tranform), ntohs(client_addr.sin_port));
printf ("-----------------------------------------\n");
while(1)
{
n = read(csock, line, MAX);
if (n==0)
{
printf("server: client died, server loops\n"); close(csock);
break;
}
printf("server： read n=%d bytes; line=%s\n", n, line); // echo line to client
n = write(csock, line, MAX);
printf("server:wrote n=%d bytes； ECHO=%s\n", n, line);
printf("server:ready for next request\n");
}
}
}
苏格拉底挑战
