国嵌视频学习第七天——网络编程

Linux网络优势

1.完善的内置网络（协议丰富）。其他操作系统不包含如此紧密地和内核结合在一起的网络部分

2.Linux免费提供了大量支持internet的软件，internet是在unix领域中建立并繁荣起来的，在这方面使用linux是相当方便的，用户能用linux与世界上的其他人通过internet网络进行通信

3.用户能通过一些linux命令完成内部信息或文件的传输

4.远程访问。Linux不仅允许进行文件和程序的传输，它还为系统管理员和技术人员提供了访问其他操作系统的窗口。通过这种远程访问的功能，一位技术人员能够有效地为多个系统服务，即使那些系统位于相距很远的地方

5.安全可靠。Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等，这为网络多用户环境中的用户提供了必要的安全保障

网络层协议

主要包括internet协议（IP）、网际控制报文协议（ICMP）（ping命令所用到的）、地址解析协议（ARP）：

---Internet协议（IP）

该协议被设计成互联分组交换通信网，以形成一个网际通信环境。它负责在源主机和目的主机之间传输来自其较高层软件的称为数据报文的数据块，它在源和目的地之间提供非连接型传递服务。

---网际控制报文协议（ICMP）

它实际上不是IP层部分，但直接同IP层一起工作，报告网络上的某些出错情况。允许网际路由器传输差错信息或测试报文

---地址解析协议（ARP）

ARP实际上不是网络层部分，它处于IP和数据链路层之间，它是在32位IP地址和48位物理地址之间执行翻译的协议。

传输层协议

包括传输控制协议和用户数据报文协议

---传输控制协议（TCP）：
该协议对建立网络上用户进程之间的对话负责，它确保进程之间的可靠通信，所提供的功能如下：

1.监听输入对话建立请求

2.请求另一网络站点对话

3.可靠的发送和接收数据

4.适度的关闭对话

---用户数据报文协议（UDP）：

UDP提供不可靠的非连接型传输层服务，它允许在源和目的地之间传送数据，而不必在传送数据之前建立对话。它主要用于那些非连接型的应用程序，如：视频点播

应用协议

包括telnet，ftp,tftp,smtp,dns等协议

IP协议

IP主要有以下四个主要功能：

---数据传送

---寻址

---路由选择

---数据报文的分段

IP的主要目的是为数据输入/输出网络提供基本算法，为高层协议提供无连接的传送服务。这意味着在IP将数据递交给接收站点以前不在传输站点和接收站点之间建立对话。它只是封装和传递数据，但不向发送者或接收者报告包的状态，不处理所遇到的故障。

IP包由IP协议头与协议数据两部分构成

TCP协议

TCP是重要的传输层协议，目的是允许数据同网络上的其他节点进行可靠的交换。它能提供端口编号的译码，以识别主机的应用程序，而且完成数据的可靠传输。

---TCP协议具有严格的内装差错检验算法确保数据的完整性

---TCP是面向字节的顺序协议，这意味着包内的每个字节被分配一个顺序编号，并分配给每包一个顺序编号

UDP协议

UDP是传输层协议，它是无连接的，不可靠的传输服务。当接收数据时它不向发送方提供确认信息，它不提供输入包的顺序，如果出现丢失包或重份包的情况，也不会向发送方发出差错报文。由于它执行功能时具有较低的开销，因而执行速度比TCP快

Socket

Linux中的网络编程通过Socket(套接字)实现，Socket是一种文件描述符。

类型

Socket有三种类型：

---流式套接字（SOCK_STREAM）

流式套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流，它使用TCP协议。TCP保证了数据传输的正确性和顺序性

---数据报套接字（SOCK_DGRAM）

数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错，它使用数据报协议UDP

---原始套接字（SOCK_RAW）

原始套接字允许使用IP协议，主要用于新的网络协议的测试等。

网络地址

在socket程序设计中，struct sockaddr用于记录网络地址：

Struct sockaddr

{

u_short sa_family;

char sa_data[14];

}

---sa_family：协议族，采用“AF_xxx”的形式，如：AF_INET（IP协议族）

---sa_data：14字节的特定协议地址

地址结构

在socket程序设计中，struct sockaddr_in同样用于记录网络地址

Struct sockaddr_in

{

short int sin_family;//协议族

unsigned short int sin_port;//端口号

struct in_addr sin_addr;//协议特定地址

unsigned char sin_zero[8]//填0,没有用到的

}

编程中一般使用与sockaddr等价的sockaddr_in数据结构

typedef struct in_addr{

union{

struct{

unsigned char s_b1;

s_b2;

s_b3;

s_b4;

}S_un_b;

struct{

unsigned short s_w1;

s_w2;

}S_un_w;

unsigned long S_addr;

}S_un;

}IN_ADDR

//在这个结构中，更常用到的是32位的无符号整数S_addr来记录IP地址

地址转换

IP地址通常由数字加点（192.168.0.1）的形式表示，而在struct in_addr中使用的IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面两个函数：

int inet_aton(const char * cp, struct in_addr * inp);

char * inet_ntoa(struct in_addr in)

函数里面a代表ascii，n代表network

inet_aton是将a.b.c.d形式的IP装换为32位的IP，存储在inp指针里面。Inet_nto是将32位IP转换位a.b.c.d的格式

字节序转换

当主机内部字节存储顺序（大小端模式）和网络字节序（big endian）不同时，就一定要进行转换

---htons

把unsigned short类型从主机序转换到网络序

---htonl

把unsigned long 类型从主机序转换到网络序

---ntohs

把unsigned short类型从主机序转换到网络序

---ntohl

把unsigned long类型从主机序转换到网络序

IP与主机名

在网络中标识一台主机可以用IP地址，也可以用主机名

struct hostent * gethostbyname(const char * hostname)

struct hostent

{

char * h_name;//主机的正式名称

char * h_aliases;//主机的别名

int h_addrtype;//主机的地址类型 AF_INET

int h_length;//主机的地址长度

char ** h_addr_list;//主机的IP地址列表

}

#define h_addr h_addr_list[0]   //主机的第一个IP地址

Socket编程函数

进行Socket编程的常用函数有：
---sockey：创建一个socket

---bind：用于绑定IP地址和端口号到sockey

---connect：该函数用于与服务器建立连接

---listen：设置服务器能处理的最大连接要求

---accept：用来等待来自客户端的socket连接请求

---recv：接收数据

---send：发送数据

 

基于TCP-服务器

1.创建一个socket，用函数socket()

2.绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()

3.设置允许的最大连接数，用函数listen()

4.等待来自客户端的连接请求，用函数accept()

5.收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()

6.关闭网络连接

基于TCP-客户端

1.创建一个socket，用函数socket()

2.设置要连接的服务器的IP地址和端口等属性

3.连接服务器，用函数connect()

4.收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()

5.关闭网络连接