第十三章学习笔记、知识完整性总结

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TCP/IP和网络编程

本章的主要内容是TCP/IP和网络编程，主要有两部分，一是TCP/IP协议及其应用，还有就是Web和CGI编程。
TCP/IP协议包括TCP/IP栈、IP地址、主机名、DNS、IP数据包和路由器，基于TCP/IP网络中的TCP和UDP协议的套接字服务器编程。
Web和CGI编程主要是HTTP编程模型、Web页面和Web浏览器，基于Linux的HTTPD服务器所支持的用户Web界面、PHP服务以及CGI建立的动态Web页面。

TCP/IP协议

TCP/IP协议是互联网的基础，其中TCP是传输控制协议，IP是互联网协议。目前主流的IP是IPv4和IPv6，分别是32位地址和128位地址。

IP协议是在IP主机之间收发数据包时所用的协议，IP协议是默认无差错传输的，所以它并不可靠。

IP数据包是IP协议下的传输基本单位，它由IP头、发送方地址、接收方地址以及数据组成。每个IP数据包大小不超过64KB，IP头包含了有关数据包的信息，如数据包长、使用协议等，一个IP包头的格式基本如下： 第十三章学习笔记、知识完整性总结

路由器、UDP和TCP

路由器路由器(router)是不同IP主机间通信的中继设备，数据包经过路由器使用更加合理的路径传输到目的地址，路由器之间也可互为中继。

UDP 用户数据报协议，即UDP，在IP上运行，用来收发数据报。与IP类似，UDP也是不保障传输的可靠性的，UDP的一大特点就是它的快速高效，一些不追求传输稳定，但是要求速度的操作就需要UDP的参与，比如发送邮件的UDPS和ping操作。 ping主机或IP地址就是通过向目标主机发送带时间戳的UDP包的应用程序，目标主机接受这个UDP包后就将它发回给发送者，发送者通过计算和显示往返传输时间。

TCP 传输控制协议，即TCP，是一种面向连接的协议，用于收发数据流。TCP可以在IP上运行，但TCP保证了数据的可靠传输。TCP协议多用于电话连接。

端口编号不同主机上的应用程序（进程）可以同时使用TCP协议和UDP协议，每个应用程序都有由三个部分组成的唯一标识。应用标识 = (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。UDP和TCP都必须有一个唯一的指定端口号。下图是传输层中使用TCP的一些程序及其默认端口号。 第十三章学习笔记、知识完整性总结

网络编程与套接字

网络编程网络编程需要一些网络部件，在Ubuntu Linux系统中就可能需要适用于Http和CGI编程的Apache服务器。大多数的网络编程任务都是基于服务器-客户端的模型的。在这个模型中，客户端首先从服务器主机上运行服务进程。然后在客户端主机上运行客户端。在UDP中，服务器等待来自客户端的数据报，处理数据报并生成对客户机的响应。在TCP中，服务器先建立一个于=与客户端的虚拟电路（虚电路），再在服务器和客户端进行数据报传输。

套接字编程在网络编程中，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： struct socketddr_in { sa_family_t sin_family; //TCP/IP中的sin_family始终是AF_INET in_port_t sin_port; //按网络字节顺序排列的端口号 struct in_addr sin_addr; //按网络字节顺序排列的主机IP地址 }; struct in_addr { uint32_t s_addr; //按网络字节顺序排列的主机IP地址 } 服务器需要创建一个套接字，并将其与包含服务器IP地址和端口号的套接字地址绑定。它（指服务器套接字）可以使用一个固定端口号，或是操作系统内核所选择的端口号（当sin_port为0时）。而为了与服务器通信，客户端也需要一个套接字。UDP套接字可以直接绑定到服务器地址，如果一个客户端套接字没有绑定到任何特定服务器，它就必须在后续的sendto()/recvfrom()调用中提供一个包含服务器IP和端口号的套接字地址。

socket系统调用

int套接字基本格式是int (int 域，int 类型，int 协议)，实例：用于收发UDP数据报的套接字: int udp_sock = socket(AF_INET , SOCKET_DGRAM , 0);用来收发数据流的面向连接的TCP套接字: int tcp_sock = socket(AF_INET , SOCKET_STREAM , 0);

int bind() 基本格式是int bind(int sockfd , struct sockaddr *addr , socklen_t addrlen); bind()系统调用将addr指定的地址分配给文件描述符sockfd所引向的套接字，addrlen指定addr所指向地址结构的大小（以字节为单位）。对于用来联系其他UDP服务器主机的UDP套接字，必须绑定客户机地址，允许服务器发出应答。对于用于接受客户端连接的TCP套接字，必须先将它绑定到服务器主机地址。

UDP套接字 UDP套接字使用scndto()/recvfrom()来发送/接收数据报。格式如下： ssize_t sendto(int sockfd , const void *buf , size_t len , int flags , const struct sockaddr *dest_addr , socklen_t addrlen); ssize_t recvfrom(int sockfd , void *buf , size_t len , itn flags , struct sockaddr *src_addr , socklen_t *addr); 其中sento()将缓冲区中的len字节数据发送到dest_addr标识的目标主机,该目标主机包含主机IP和端口号。recvfrom()从客户主机接收数据。除了数据以外，它还用客户机的IP和端口号填充src_addr，从而允许服务器将应答发送回客户机。

TCP套接字建立起与服务器的连接后，TCP服务器使用listen()和accept()来接受来自客户机的连接: int listen(int sockfd , int backlog); listen()将sockfd引用的套接字标记为将用于接收连入连接的套接字。backlog参数定义了等待连接的最大队列长度。

int accept(int sockfd , struct sockaddr *addr , socklen_t *adderlen);

accept()与基于连接的套接字一起使用。它提取等待队列上的第一个连接请求用来监听套接字sockfd，创建一个新的套接字，并返回一个引用该套接字的新文件描述符，与客户机主机连接。在执行accept()时，TCP服务器阻塞，直到客户机通过connect()建立连接。

connect()的基本格式:

 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen t addrlen);

connect()系统调用将文件描述符sockfd引用的套接字连接到addr指定的地址，addrlen参数指定addr的大小。addr中的地址格式由套接字sockfd的地址空间决定。

若套接字sockfd是UDP类型，addr就是发送数据报的默认地址，同时也是接受数据报的唯一地址。

若为TCP类型，connect()就会尝试连接到绑定到addr指定地址的套接字。

send()/read()以及recv()/write() 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()接受数据。它们的区别在于send()和recv()中的flag参数的不同，通常情况下的flag都被设为0。（那么什么情况下会设置为其他数呢？）四种调用的基本格式: ssize_t send(int sockfd , const void *buf , size_t len , int flags); ssize_t write(int sockfd , const void *buf , size_t len); ssize_t recv(int socket , void *buf , size_t len , int flags); ssize_t read(int sockfd , void *buf , size_t len);

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