【网络编程基础（一）】网络基础和SOCKET

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1、网络三要素

  • ip地址：在网络确定另一个交互数据的计算机位置
  • 端口号：确定计算机中某一个应用程序 10000以下不适用（系统使用，如热点，蓝牙等）
  • 通信协议：通信规则

2、IPV4和IPV6区别

IPv4和IPv6是互联网协议（Internet Protocol）的个版本，它们有以下几点区别：

  1. 地址长度：IPv4使用32位地址，而IPv6使用128位地址。
  2. 地址表示：IPv4地址使用点分十进制表示，例如192.168.0.1。而IPv6地址使用冒号分隔的八组四位十六进制数表示，（数字+字母 大小写排列组合）
    例如:2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
  3. 地址数量：IPv4最多可以提供约42亿个地址，而IPv6可以提供约340万亿亿亿亿（3.4×10^38）个地址。
  4. 自动配置：IPv6支持自动配置，设备可以根据网络环境自动获取IPv6地址和其他网络配置信息。而IPv4需要手动配置或使用DHCP协议进行地址分配。
  5. 安全性：IPv6在设计时考虑了更强的安全性，支持IPsec（Internet Protocol Security）协议，可以提供端到端的数据加密和认证功能。而IPv4需要额外的安全协议来实现类似的功能。
  6. 兼容性：由于IPv6与IPv4有很大的差异，为了实现平滑过渡，IPv6引入了双协议栈机制，可以同时支持IPv4和IPv6。这样可以保证在IPv6逐渐普及的过程中，与IPv4兼容的设备仍然可以正常访问互联网。

3、网络交互

3.1、交互模型图

在这里插入图片描述

3.2、基础通信协议

在这里插入图片描述
** TCP和UDP区别：**

TCP：更加安全，效率低一些
UDP：效率更高，安全性不足

3.3、OSI参考模型与TCP/IP参考模型对应关系

在这里插入图片描述

应用层 ：HTTP,FTP,SNMP等
表示层 ：ASCII、PICT、TIFF、JPEG、 MIDI、MPEG
会话层 ：RPC、SQL、NFS 、X WINDOWS、ASP
传输层 ：TCP、UDP=
网络层 ：IP、IPX、APPLETALK、ICMP
数据链路层： 802.2、802.3ATM
物理层

4、SOCKET网络套接字

4.1、SOCKET分类

  • 流式套接字（SOCK_STREAM）
    流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了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。使用数据报协议UDP协议。
  • 原始套接字。
    原始套接字允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议实现的测试等。

4.2、基于流式套接字的编程流程

在这里插入图片描述

4.3、网络通信雏形

在这里插入图片描述

注：socket在IPC技术之一：不同电脑中的两个进程间的通信

4.4、socket函数

在这里插入图片描述

  • 参数1：协议族 (IPV4/IPV6)
  • 参数2：网络类型（TCP/UDP）
  • 参数3：一般为0
  • 返回值：返回新建的网络通道描述符
  • 函数功能：网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络

协议族
在这里插入图片描述
网络类型
在这里插入图片描述

4.4.1、socket函数示例

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>]
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM，0);
	if(socketfd<0)
	{
		perror("socket error");
	}
	return 0;
}

4.5、bind函数

在这里插入图片描述
参数1：网络通道描述符（socket函数返回值）
参数2：绑定的IP地址和端口号的结构体
参数3：绑定的IP地址和端口号的结构体的大小
函数功能：绑定端口号和IP地址
返回值：成功返回0，失败返回-1

4.5.1、bing函数示例

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>]
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
	int len;
	struct sockaddr_in addr;
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM，0);
	if(socketfd<0)
	{
		perror("socket error");
	}
	else
	{
		
		cout << "服务器网络初始化 socketfd " << socketfd << endl;
		//协议族
		addr.sin_family = AF_INET;
		//绑定的是服务器自己的IP地址，INADDR_ANY通过系统获取可用的网络IP
		addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
		//绑定服务器自己的端口号
		addr.sin_port = htons(10001);
		len = sizeof(addr);
		//绑定端口号和IP地址
		//参数2：需要强制转换类型
		if (bind(socketfd, (struct sockaddr*)&addr, len) == -1)
		{
			perror("bind error");
			return 0;
		}
	}
	return 0;
}

4.6、listen函数

在这里插入图片描述
参数1：网络通道描述符（socket函数返回值）
参数2：客户端数量
函数功能：监听网络是否有数据过来
返回值：成功返回0，失败返回-1

4.6.1、listen函数示例

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>]
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
	int len;
	struct sockaddr_in addr;
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM，0);
	if(socketfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return 0;
	}
	else
	{
		
		cout << "服务器网络初始化 socketfd " << socketfd << endl;
		//协议族
		addr.sin_family = AF_INET;
		//绑定的是服务器自己的IP地址，INADDR_ANY通过系统获取可用的网络IP
		addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
		//绑定服务器自己的端口号
		addr.sin_port = htons(10001);
		len = sizeof(addr);
		//绑定端口号和IP地址
		//参数2：需要强制转换类型
		if (bind(socketfd, (struct sockaddr*)&addr, len) == -1)
		{
			perror("bind error");
			return 0;
		}
		//监听网络是否有数据过来
		if (listen(socketfd, 10) == -1)//10为客户端数量
		{
			perror("listen error");
			return 0;
		}
		cout << "服务器网络搭建成功" << endl;
	}
	return 0;
}

4.7、accept函数

在这里插入图片描述
参数1：网络通道描述符（socket函数返回值）
参数2：在上一步操作中已经完成，所以为NULL（绑定IP地址和端口号）
参数3：同上
返回值是表示已连接的套接字描述符

accept 函数由 TCP 服务器调用，用于从已完成连接队列队头返回下一个已完成连接。如果已完成连接队列为空，那么进程被投入睡眠。
参数sockfdsockfd是socket系统调用返回的服务器端socket描述符addr用来返回已连接的对端（客户端）的协议地址

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>]
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
	int len=0;
	int acceptfd=0;
	struct sockaddr_in addr;
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM，0);
	if(socketfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return 0;
	}
	else
	{
		
		cout << "服务器网络初始化 socketfd " << socketfd << endl;
		//协议族
		addr.sin_family = AF_INET;
		//绑定的是服务器自己的IP地址，INADDR_ANY通过系统获取可用的网络IP
		addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
		//绑定服务器自己的端口号
		addr.sin_port = htons(10001);
		len = sizeof(addr);
		//绑定端口号和IP地址
		//参数2：需要强制转换类型
		if (bind(socketfd, (struct sockaddr*)&addr, len) == -1)
		{
			perror("bind error");
			return 0;
		}
		//监听网络是否有数据过来
		if (listen(socketfd, 10) == -1)//10为客户端数量
		{
			perror("listen error");
			return 0;
		}
		cout << "服务器网络搭建成功" << endl;
		while (1)
		{
			//等待客户端连接   acceptfd 代表已经连接成功的客户端 
			acceptfd=accept(socketfd,NULL,NULL);//阻塞函数  
			cout << "客户端连接成功 acceptfd =" << acceptfd << endl;
		}
	}
	return 0;
}

4.8、connect函数

在这里插入图片描述
参数1：网络通道描述符（socket函数返回值）
参数2：绑定的IP地址和端口号的结构体
参数3：绑定的IP地址和端口号的结构体的大小

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>]
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
	int len=0;
	struct sockaddr_in addr;
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM，0);
	if(socketfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return 0;
	}
	else
	{
		cout << "服务器网络初始化 socketfd " << socketfd << endl;

		addr.sin_family = AF_INET;
		//绑定服务器IP地址   表示客户端主动查找服务器IP连接
		addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.16.229");
		//绑定服务器自己的端口号
		addr.sin_port = htons(10001);
		len = sizeof(addr);
		if(connect(socketfd,(struct sockaddr*)&addr,len)==-1)
		{
			perror("socket error");
			return 0;
		}
	}
	return 0;
}

5、客户端服务器通信示例

5.1、客户端示例

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
	int res = 0;
	char buf[100] = { 0 };
	int len = 0;
	struct sockaddr_in addr;
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
	if (socketfd < 0)
	{
		perror("socket error");
		return 0;
	}
	else
	{
		cout << "服务器网络初始化 socketfd " << socketfd << endl;

		addr.sin_family = AF_INET;
		//绑定服务器IP地址   表示客户端主动查找服务器IP连接
		addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.13.129");
		//绑定服务器自己的端口号
		addr.sin_port = htons(10001);
		len = sizeof(addr);
		if (connect(socketfd, (struct sockaddr*)&addr, len) == -1)
		{
			perror("socket error");
			return 0;
		}
		while (1)
		{
			cin >> buf;
			res = write(socketfd, buf, sizeof(buf));
			cout << "res= " << res << endl;
		}
	}
	return 0;
}

5.2、服务器示例

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
	char buf[100]={0};
	pid_t pid =0;
	int res=0;
	int len=0;
	int acceptfd=0;
	struct sockaddr_in addr;
	//网络初始化，验证当前系统是否可以使用网络
	int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(socketfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return 0;
	}
	else
	{
		cout << "服务器网络初始化 socketfd " << socketfd << endl;
		//协议族
		addr.sin_family = AF_INET;
		//绑定的是服务器自己的IP地址，INADDR_ANY通过系统获取可用的网络IP
		addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
		//绑定服务器自己的端口号
		addr.sin_port = htons(10001);
		len = sizeof(addr);
		//绑定端口号和IP地址
		//参数2：需要强制转换类型
		if (bind(socketfd, (struct sockaddr*)&addr, len) == -1)
		{
			perror("bind error");
			return 0;
		}
		//监听网络是否有数据过来
		if (listen(socketfd, 10) == -1)//10为客户端数量
		{
			perror("listen error");
			return 0;
		}
		cout << "服务器网络搭建成功" << endl;
		while (1)
		{
			//等待客户端连接   acceptfd 代表已经连接成功的客户端 
			acceptfd=accept(socketfd,NULL,NULL);//阻塞函数  
			cout << "客户端连接成功 acceptfd =" << acceptfd << endl;
			
			pid =fork();
			if(pid ==0)
			{
				while(1)
				{
					res= read(acceptfd,buf,sizeof(buf));
					cout<<"服务器res="<<res<<"buf = "<<buf<<endl;
				}
			}
		}
	}
	return 0;
}

5.3、网络通信示图

在这里插入图片描述

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