网络基础（2）
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- 1. 端口号
- 2. 套接字socket
- 3. 网络通信
- 3.1 sockaddr与sockaddr_in
- 3.2 接口
- 服务端
- 3.2.1 创建套接字，打开网络文件
- 3.2.2 给该服务器绑定端口和ip（特殊处理）
- 3.2.3 初始化相关服务器
- 3.2.4 提供服务
- 客户端
- 3.2.5 绑定
- 3.2.6 使用服务
- 4. makefile实现：
- 5. 整体代码
1. 端口号
IP能够唯一地标识互联网中的一台主机；而端口号能够唯一地标识一台机器上的唯一一个进程。
那么这两个因素加起来，就构成了能够标识互联网上的唯一一个进程。这就是端口号与IP的联系。
2. 套接字socket
整个网络看作是一个大的OS，所有网络上网行为，都是在这里面实现进程间通信的。
IP地址+port端口号 = socket
端口号之于进程PID，就相当于身份证号之于学生学号。
- 为什么有了PID，在网络里还需要端口号来进行标识？
这就好比学校不用身份证来对学生信息进行管理、录入。因为学校内部会有更合适的管理系统，采用自己一套的管理方式能够使管理更加得心应手，也不惧怕外部环境的改变，实现与外部解耦。PID和端口号也是这个原理。
3. 网络通信
3.1 sockaddr与sockaddr_in
要实现网络通信，首先是要找到目标主机，其次是找到该主机上的目标进程。
而进程具有独立性，要实现网络通信需要让两个进程看到同一份资源，这份资源就是网络。
应用层的下一层就是传输层，传输层有TCP/UDP协议。
- 统一接口
对于将要介绍的sock接口，要先说明一个概念，就是sockarr结构：由于各种网络协议的实现方式不同，导致接口需要对应设计，所以干脆就设计出来了一个通用的接口，该参数统一为sockaddr。
socket API是一层抽象的网络编程接口,适用于各种底层网络协议,如IPv4、IPv6,以及UNIX DomainSocket。 然而, 各种网络协议的地址格式并不相同。
目前我们采用的是struct sockaddr，这是一个通用接口，也即是说，可以兼容后两个接口类型的参数。
通用接口与其他两个不同协议的接口：
虽然socket api的接口是sockaddr, 但是我们真正在基于IPv4编程时, 使用的数据结构是sockaddr_in; 这个结构里主要有三部分信息: 地址类型, 端口号, IP地址。
sockaddr与sockaddr_in其实都是结构体类型：
- sockaddr
它把目标地址和端口信息实现在一起：
struct sockaddr{sa_family_t sin_family;//16位地址类型家族char sa_data[14];//14位长度地址数据,包含套接字中的目标地址和端口信息
}
- sockaddr_in
sockaddr_in的头文件包含在：
#include
#include
该结构体解决了sockaddr的缺陷，把port和addr 分开储存在两个变量中，如下
typedef uint16_t in_port_t;//十六位数字struct sockaddr_in{sa_family_t sin_family;//16位地址类型家族in_port_t sin_port;//16位端口号struct in_addr sin_addr;//32位ip地址unsigned char sin_zero;//未使用
}
in_addr其实就是32位的IPv4地址：
typedef uint32_t in_addr_t;struct in_addr{In_addr_t s_addr; //32位IPv4地址
};
- sockaddr_un
struct sockaddr_un{//16位地址类型//108字节路径名
}
IPv4、IPv6地址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET6. 这样,只要取得某种sockaddr结构体的首地址,不需要知道具体是哪种类型的sockaddr结构体,就可以根据地址类型字段确定结构体中的内容。
socket API可以都用struct sockaddr * 类型表示, 在使用的时候需要强制转化成sockaddr_in; 这样的好处是程序的通用性, 可以接收IPv4, IPv6, 以及UNIX Domain Socket各种类型的sockaddr结构体指针做为参数。
3.2 接口
服务端
3.2.1 创建套接字，打开网络文件
// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
- 参数：
domain就是用来区分传入的是哪个协议种类。
type代表协议特性，是套接字类型。比如流式套结、原始套结等。
proyocol在tcp中只需要全部设置为0。
- 返回值：创建成功后，新的套接字会返回一个文件描述符。
#include
#include
int main()
{int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sock < 0){std::cout<<"socket create error!"< 运行结果：
3.2.2 给该服务器绑定端口和ip（特殊处理）
作为一个服务器，对应的服务器地址（IP+port）是必须要被客户（人、软件、浏览器）所知晓的，并且不能轻易地被改变。
- 首先要绑定端口号
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器)
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t address_len);
- 参数
sockfd代表创建好的套接字的文件描述符；addr代表需要用户指定服务器的相关socket信息，address_len代表传入的结构体大小。
- 返回值
绑定成功返回0，失败返回-1，也可以是错误码。
3.2.3 初始化相关服务器
这里的参数addr是相关服务器的信息，所以要bind，就要先初始化好addr的信息：
首先定义一个sockaddr_in类型的结构体，因为我们平时传的addr其实是sockaddr_in类型的，只需要在绑定的时候做一下强转即可。
那么接下来就是将它里面的对应字段全部初始化：
const uint16_t port = 8080;
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET; //IPV4
local.sin_port = htons(port); //该端口号是主机序列，要改成网络序列
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
其中port是主机序列，需要转为网络序列，使用的是htons函数：
h是host代表主机，n代表network网络：
剩下最后一个字段初始化为INADDR_ANY的意思是：由该服务器发送的，到任意主机（IP）上的数据都能被你的网络进程接收。
如果不这样初始化，而是绑定了确定的IP，例如：
//inet_addr函数将地址从数点法转化为整数IP
//网络需要的是整数表示IP而不是数点法表示的地址
local.sin_addr.s_addr = inet_addr("xx.xxx.xx.xxx");
这样的话，只有发送到该IP的数据才能被你进程接收，所以一般不这么写。
并且云服务器不直接绑定公网IP。
然后就可以进行绑定：
if(bind(sock,(struct sockaddr*)&lockal,sizeof(local)) < 0){std::cout << "bind error : " << errno << std::endl;return 2;
}
3.2.4 提供服务
绑定完成以后，等待他人给自己的服务器发送信息，是接收的过程。
- recvfrom
udp的数据读取不是用文件的接口，而是有专门的接口recvfrom：
参数：分别是自身套接字fd、读完的数据放到buf、读len大小、读的方式flag（默认0），剩下最后两个代表的是和你的服务器通信的客户端的信息，是一个输出型参数，作用是如需要返回数据给它，就可以拿到其地址返回。
- sendto
给对端发信息，用的是sendto
其他参数都一样，最后两个参数代表的是要给谁发：
由此可以提供服务：
// 3. 提供服务
#define NUM 1024
char buffer[NUM];
bool quit = false;
while(!quit){struct sockaddr_in send;socklen_t len = sizeof(send);//开始读recvfrom(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&send,&len);std::cout << "client" << buffer << std::endl;//收到以后回复hellostd::string echo = "hello";sendto(sock,echo.c_str(),echo.size(),0,(struct sockaddr*)&send,len);}
客户端
3.2.5 绑定
客户端不需要显示绑定。
对于客户端来说，也必须要有套接字，但是它不需要显示绑定。因为一旦绑定了，它就要和某一个端口关联了，该端口不一定会存在，或者被占用，那么该客户端将无法使用。
对于服务端来说，端口必须要明确，并且不能变更；而对于客户端，只要有端口就行，因为是客户端访问他人。所以客户端一般都是由OS在发送数据的时候自动绑定，采用的是随机端口。
// 1. 创建
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd < 0){std::cout<<"socket create error!"<3.2.6 使用服务
实现基本和服务端一样，但是由于自定义遵守./udp_client server_ip server_port的格式，所以要用到命令行参数来规范行为，不规范的话会打印使用手册。
void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage: \n\t"<< proc << " server_ip server_port" << std::endl;
}
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc != 3){Usage(argv[0]);return 0;}// 1. 创建int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){std::cout<<"socket create error!"<// 1. 数据来源 std::string s;std::cout<<"输入# ";std::cin>>s;// 2. 发给谁sendto(sockfd,s.c_str(),s.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));//此处tmp就是一个”占位符“struct sockaddr_in tmp;socklen_t len = sizeof(tmp);char buffer[1024];recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&tmp, &len);std::cout << "server echo# " << buffer << std::endl;}return 0;
}
由于云服务器需要手动在后台开通窗口才可通信，所以IP使用127.0.0.1来测试
下列运行结果：
客户端：
服务端：
4. makefile实现：
.PHONY:all
all:udp_server udp_clientudp_server:udp_server.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11udp_client:udp_client.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11.PHONY:clean
clean:rm -f udp_server udp_client
5. 整体代码
服务端：
#include
#include
#include
#include const uint16_t port = 8080;
int main()
{// 1. 创建套接字，打开网络文件int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sock < 0){std::cout<<"socket create error!"<std::cout << "bind error : " << errno << std::endl;return 2;}// 3. 提供服务#define NUM 1024char buffer[NUM];bool quit = false;while(!quit){struct sockaddr_in send;socklen_t len = sizeof(send);recvfrom(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&send,&len);std::cout << "client say# " << buffer << std::endl;//收到以后回复hellostd::string echo = "hello";sendto(sock,echo.c_str(),echo.size(),0,(struct sockaddr*)&send,len);}return 0;
}
客户端：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include //正确用法
// ./udp_client server_ip server_port的格式
void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage: \n\t"<< proc << " server_ip server_port" << std::endl;
}
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc != 3){Usage(argv[0]);return 0;}// 1. 创建int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){std::cout<<"socket create error!"<// 1. 数据来源 std::string s;std::cout<<"输入# ";std::cin>>s;// 2. 发给谁sendto(sockfd,s.c_str(),s.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));//此处tmp就是一个”占位符“struct sockaddr_in tmp;socklen_t len = sizeof(tmp);char buffer[1024];recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&tmp, &len);std::cout << "server echo# " << buffer << std::endl;}return 0;
}