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Part1 知识点归纳&GPT提问
知识点归纳
1.TCP/IP协议
TCP/IP协议：TCP代表传输控制协议。 IP代表互联网协议。目前有两个版本的IP,即IPv4和IPv6，IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址。TCP/IP各个层级及使用的协议如下图所示：
2.IP
（1）IP协议
ip协议用于在ip主机之间发送/接收数据包，但IP协议并非可靠的协议，在IP层上面实现可靠性。
（2）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。32位的IP地址号通常用点记法表示。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~E类，不同的类主机号和网络号所占位数不同。
（3）IP数据包格式
IP数据包包括IP头、发送方IP地址、接收方IP地址、数据、数据包的总长度、数据包使用TCP还是UDP、生存时间（TTL）计数、错误检测的校验和等。每个IP数据包的大小最大为64KB。具体格式如下图
4）路由器
路由器是接收和转发数据包的特殊IP主机，如果IP主机相距很远，需要借助路由器来转发数据包。每个IP包在1P报头中都有一个8位生存时间（TTL）计数，其最大值为255。在每个路由器上，TTL会减小1。如果TTL减小到0,而包仍然没有到达目的地，则会直接丢弃它。
3.UDP
UDP：用户数据报协议，在IP上运行，用于发送/接收数据报。UDP不能保证可靠性。我们常用的ping命令使用的协议就是UDP。
4.TCP
（1）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，它保证可靠的数据传输。
（2）端口编号
在各主机上，多个应用程序（进程）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)，协议是TCP或UDP,端口号是分配给应用程序的唯一无符号短整数。要想使用UDP或TCP,应用程序(进程)必须先选择或获取一个端口号。下图给出了常见的应用程序的默认端口号
5.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，数据始终按网络序排列，就是大端。一些库函数比如htons()、htonl()、ntohs()、ntohl()等可以在主机序和网络序之间转换数据。
6.TCP/IP网络中的数据流
随着报文一层层下传，每一层都会在前面加上这一层专属的报头。在接收端恰恰相反，随着报文一层层上传，报头被每一层分别剥离以解析收到的数据。
7.套接字编程
（1）套接字API
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如下图：
服务器必须创建一个套接字，并将其与包含服务器IP地址和端口号的套接字地址绑定。客户机必须创建一个套接字。
（2）创建套接字
socket系统调用,2种创建套接字的方法
int 套接字(int 域，int 类型，int 协议)
int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
（3）UDP套接字
UDP套接字使用scndto()/recvfrom()来发送/接收数据报。
（4）TCP套接字
在创建套接字并将其绑定到服务器地址之后，TCP服务器使用listen()和acccpt()来接收来自客户机的连接
int Iistcn(int sockfd, int backlog);
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, sockien_t *addrlen);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen t addrlen)；
建立连接后，两个TCP主机都可以使用send()/write()发送数据，并使用recv()/read()接收数据。
8.主机名和IP地址
如果在不同的主机上运行服务器和客户机，服务器端口号由操作系统内核分配，则需要知道服务器的主机名或IP地址及其端口号。如果某台计算机运行TCP/IP,它的主机名通常记录在/etc/hosts文件中。库函数gethostname(char *name, sizeof(name))在name数组中返回计算机的主机名字符串。struct hostent *gethostbyname(void *addr, socklen_t len, int typo)可以用来获取计算机的全名及其IP地址。
GPT提问
套接字API
IP数据包格式
Part2 问题与解决思路
问题
运行了书上的UDP回显服务器-客户机程序，但是运行结果和书上的不太一样
GPT解决
Part3 实践过程截图
UDP回显服务器-客户机实践程序
server端代码
/**********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);
}
}
client代码
/**********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_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");
}
}
}
TCP回显服务器-客户机实践代码
server代码：
#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");
}
}
}
client代码：
#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);
}
}
Part4 其他
学习感悟
网络编程里的部分知识，比如TCP/IP结构、UDP协议、数据报等在上学期计算机网络里都学过，但是这次是要编程实现它。我觉得还是有点难度的。尤其是上节课学了指针函数、函数指针等的判别方法，我感觉我还是有点混淆，所以在理解一些库函数的时候有点困难。不过我也在借助一些资料学习。希望可以加深对网络编程的理解。