《Linux 網絡編程一：網絡編程導論及UDP 服務器的創建與數據接收》

Linux下的網絡編程

1. 目的

實現不同主機之間進程的通信。

2. 問題

主機之間在物理層面必須互聯互通。
進程之間在軟件層面必須互聯互通。
- IP地址：計算機的軟件地址，用于標識計算機設備。
- MAC地址：計算機的硬件地址（固定）。
- 網絡的端口號：標記同一主機上的不同網絡進程。

3. 網絡協議

網絡通信標準。

OSI七層模型（理論模型）：開放系統互連模型，是不同體系結構設備間網絡通信的通信標準。
- 應用層：要傳輸的數據，如文件傳輸、電子郵件。
- 表示層：數據加密解密操作、壓縮解壓縮操作。
- 會話層：建立數據傳輸通道。
- 傳輸層：傳輸的方式，如UDP、TCP、端口號。
- 網絡層：實現數據路由，如路由器、IP。
- 數據鏈路層：封裝成幀、點對點通信（局域網內通信）、差錯檢測，如交換機。
- 物理層：定義物理設備標準、電氣特性，如網線、光纖等傳輸介質，比特流（bit 0/1）。
TCP/IP模型（應用模型）：
- 五層：
  - 應用層：
    - HTTP：超文本（數據類型較多）傳輸協議。
    - HTTPS：超文本傳輸協議（SSL加密算法）。
    - FTP：文件傳輸協議（TCP傳輸）。
    - TFTP：簡單文件傳輸協議（UDP傳輸）。
    - MQTT：消息隊列遙測傳輸協議（廣泛應用于物聯網協議傳輸）。
    - DNS：域名解析服務（將一個域名轉換為IP地址）。
  - 傳輸層：
    - TCP：傳輸控制協議（構建路徑）。
    - UDP：用戶數據報協議（傳輸時不構建路徑，找效率高的，可能導致亂序；不安全，可能會導致丟包）。
  - 網絡層：
    - IP協議：
      - IPv4。
      - IPv6。
  - 數據鏈路層：
    - ARP：地址解析協議（IP地址和MAC地址之間的轉換）。
  - 物理層。
- 四層：
  - 應用層。
  - 傳輸層。
  - 網絡層。
  - 網絡接口層。

4. IP協議

網絡層協議。

IPv4：32位（用ipconfig在Windows終端上查看）。
IPv6：128位。
IP地址 = 網絡位 + 主機位，和子網掩碼搭配使用，子網掩碼全為1的是網絡位，全為0的是主機位。
- 示例：192.168.0.121/24（24表示網絡位的位數）。
- 網絡位：標識該IP地址所在的網段（局域網）。
- 主機位：標識該網段中的具體主機。
- 網段號：如192.168.1.0（網絡位保留，主機位為0）。
- 廣播號：如192.168.1.255（網絡位不變，主機位全為1）。
- 網關地址：如192.168.1.1（網絡位保留，主機位為1）。
IP地址劃分：
1. A類地址：
  - 范圍：1.0.0.0 - 126.255.255.255。
  - 子網掩碼：255.0.0.0。
  - 主機數量：2^24（大規模網絡）。
  - 私有IP地址：10.0.0.0 - 10.255.255.255。
  - 回環地址：127.0.0.0。
2. B類地址：
  - 范圍：128.0.0.0 - 191.255.255.255。
  - 子網掩碼：255.255.0.0。
  - 主機數量：2^16（管理大中規模網絡）。
  - 私有IP地址：172.16.0.0 - 172.31.255.255。
3. C類地址：
  - 范圍：192.0.0.0 - 223.255.255.255。
  - 子網掩碼：255.255.255.0。
  - 主機數量：2^8（管理中小規模網絡）。
  - 私有IP地址：192.168.0.0 - 192.168.255.255。
4. D類地址：
  - 范圍：224.0.0.0 - 239.255.255.255（組播和廣播使用）。
5. E類地址：
  - 范圍：240.0.0.0 - 255.255.255.254（用于實驗）。
共用IP：由電信公司直接分配，需要付費的IP地址，可以直接訪問Internet。
私有IP：不能直接訪問Internet的IP地址，由路由器轉為共用IP。
這樣可以節省IP地址。

5. 網絡端口號

端口號：16位的整型數據（unsigned short），范圍0 - 65535。
端口號功能：標記同一主機上的不同網絡進程。
分類：

任何TCP/IP實現所提供的服務都用1 - 1023之間的端口號。
- HTTP：80。
- FTP：20/21。
- TFTP：69。
- HTTPS：443。
- MQTT：1883/8883。
端口號從1024 - 49151是被注冊的端口號，被IANA指定為特殊（如MQTT：1883/8883）。
從49152 - 65535是動態或私有端口號。
數據包封裝與解封過程

6. 網絡配置

ping ip地址/域名：查看當前主機和IP/域名所對應的網絡是否聯通，例如ping www.baidu.com。
ifconfig：
- Linux上查看IP地址。
- Windows上使用ipconfig。
網絡配置步驟：
1. 虛擬機->設置->網絡適配器->橋接模式。
2. 編輯->虛擬網絡編輯器->更改設置->VMnet0->橋接至->當前上網的網卡->應用。
3. 修改網絡配置文件：
```
sudo vim /etc/network/interfaces
```
  內容改為：
```
auto lo
iface lo inet loopback
auto ens33
iface ens33 inet dhcp
```
4. 重啟網絡服務：
```
sudo /etc/init.d/networking restart
```
5. 測試：
```
ping www.baidu.com
```

7. 網絡層-UDP

在傳輸層（用戶數據報協議User Datagram Protocol）。

網絡編程模型：
- B/S模型：browser（瀏覽器）/server（服務器）。
  - 客戶端是一個通用的客戶端（瀏覽器）。
  - 一般只做服務器開發。
  - 客戶端要加載的數據均來自服務器。
- C/S模型：client（客戶端）/server（服務端）。
  - 客戶端是一個專用的客戶端。
  - 服務器和客戶端都需開發。
  - 客戶端保存資源，本地加載，無需所有數據都請求服務器。
編程：
- 客戶端：
  - socket()：創建通信的套接字（文件描述符，網絡通信時應用層可操作的端口）。
  - sendto()：發送數據。
  - recvfrom()：接受數據。
  - close()：關閉套接字。
- 服務端：
  - socket()：創建通信的套接字。
  - bind()：綁定服務器的IP和端口。
  - sendto()：發送數據。
  - recvfrom()：接受數據。
  - close()：關閉套接字。
相關函數：
- socket()函數：
```
#include <sys/types.h>   /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
```
  - 功能：創建通信的套接字。
  - 參數：
    - domain：網絡層使用的協議族，如AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）。
    - type：規定傳輸層的協議，如SOCK_DGRAM（UDP協議）、SOCK_STREAM（TCP協議）、SOCK_RAW（原始套接字）。
    - protocol：0（按照默認協議方式創建）。
  - 返回值：成功返回套接字，失敗返回-1。
- sendto()函數：
```
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
```
  - 功能：向網絡套接字發送數據。
  - 參數：
    - sockfd：套接字。
    - buf：要發送的數據的首地址。
    - len：要發送的字節數。
    - flags：0（按照默認方式發送）。
    - dest_addr：接收方的地址信息（IP+端口號）。
    - addrlen：接收方地址的大小。
  - 返回值：成功返回實際發送的字節數。

? ? ? ? 3.

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);          主機轉網絡
uint16_t htons(uint16_t hostshort);         主機轉網絡
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);           網絡轉主機
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);          網絡轉主機

? ? ? ? 4.

in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:將字符串IP地址轉換成二進制IP地址形式char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：將二進制ip轉換成字符串

? ? ? ? 5.

網絡字節序：大端                network
主機字節序：小端  50000   host

????????8.代碼

? ? ? ? ? ? ? ? UDP相關編程

客戶端

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);//man 7 ip/創建套接字(網絡類型；UDP；0)if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;//種類seraddr.sin_port = htons(50000);//端口號seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.179");//ip地址// while(1)// {//     ssize_t cnt = sendto(sockfd, "1111", 13, 0, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));//發送// }char buff[1024] = {0};while(1){fgets(buff,sizeof(buff),stdin);ssize_t cnt = sendto(sockfd, buff, strlen(buff), 0, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));//發送if(cnt < 0){perror("sendto error");return -1;}printf("cnt = %ld\n", cnt);}close(sockfd);//關閉return 0;
}

服務端

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.192");int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;}char buff[1024] = {0};while(1){ssize_t cnt = recvfrom(sockfd, buff, sizeof(buff), 0, NULL, NULL);if(cnt < 0){perror("recvfrom error");return -1;}printf("cnt = %ld, buff = %s\n", cnt, buff);memset(buff, 0, sizeof(buff));}close(sockfd);return 0;
}