一、目的
网络编程的目的实际上也是进程通信的一种方式，不过它可以在不同的主机上进行通信；
二、需要解决的问题
1. 主机与主机之间物理层面必须互联互通。
- 指的是参与通信的计算机（主机）需要通过物理设备建立连接（光纤、网线），确保数据能够在物理介质上传输
- 具体包括：网卡正常工作、网线或无线信号等传输介质连接正常、路由器 / 交换机等网络设备配置正确
2. 进程与进程在软件层面必须互联互通。
- 指的是在物理连接通畅的基础上，不同主机上的应用程序进程需要通过网络协议进行逻辑连接
- 具体包括：使用正确的 IP 地址和端口号、采用相同的网络协议（如 TCP/UDP）、进程已正确绑定端口并处于监听状态
举个例子：
这是一个传输机制图解；每个有IP地址的方格代表一个主机；其中，交换机就是局域网内的主机通信的物理设备；但是如果要在广域网与其他网段的主机进行通信的话，就需要“路由器+ 链路” 来负责跨网段转发。简单说，左边局域网和右边局域网，靠路由器之间的物理链路打通，数据就能从左传到右、右传到左。
至于进程，两边进程得用 相同的协议（比如 TCP/UDP） 说话。比如左边进程用 TCP 发数据，右边进程也得用 TCP 收，否则 “语言不通” 没法交流。而每个进程要通信，得绑定 IP + 端口。比如左边主机 192.168.0.140 上的QQ给另一台主机的QQ发消息，得告诉系统：“我在 192.168.0.140 这台机器，监听 QQ 端口，别人可以给我发数据”；右边主机 192.168.1.140 上的进程同理。如果端口不同，就有可能接收不到信息；
所以，在这里总结几个概念：
- IP地址：计算机的软件地址，用来标识计算机设备（由路由器动态分配）
- MAC地址：计算机的硬件地址（固定）
- 网络的端口号：标记同一主机上的不同网络进程
需要注意的是：
- 在同一个局域网下，不能有2个一模一样的ip地址；
- 路由器在进行远距离数据传输的时候，会对路径进行选择规划，力求最短/最快路径
图解如下：
三、网络协议
网络协议即是不同体系结构设备间，网络通信的标准
OSI七层模型
意味开放系统互联模型（open system interconnect）
它是一个理论模型：
| 应用层 | 要传输的数据信息，如文件传输，电子邮件等 |
| 表示层 | 数据加密，解密操作，压缩，解压缩（安全性） |
| 会话层 | 建立数据传输通道, （会话） |
| 传输层 | 传输的方式 UDP TCP 端口号 |
| 网络层 | 实现数据路由，路径规划 路由器 ip |
| 数据链路层 | 封装成帧（帧数据），点对点通信（局域网内通信），差错检测 交换机 ARP |
| 物理层 | 定义物理设备标准、电气特性，比如网线，光纤等传输介质（比特流 bit 0 1） |
TCP/IP模型：应用模型
它是一个应用模型，一共分为5层：
| 应用层 | |
|---|---|
| HTTP | 超文本传输协议 |
| HTTPS | 超文本传输协议（SSL加密算法） |
| FTP | 文件传输协议（TCP） |
| TFTP | 简单文件传输协议（UDP） |
| MQTT | 消息队列遥测传输（物联网协议） |
| DNS | 域名解析服务（www.baidu.com转为IP地址） |
| 传输层 | |
|---|---|
| TCP | 传输控制协议 |
| UDP | 用户数据报协议 |
| 网络层 | ||
|---|---|---|
| IP协议 | IPV4 | IPV6 |
| 数据链路层 | |
|---|---|
| ARP | 地址解析协议 |
物理层同上：
| 物理层 | 定义物理设备标准、电气特性，比如网线，光纤等传输介质（比特流 bit 0 1） |
在有一些定义中，也可能是四层：
- 应用层：同上
- 传输层：同上
- 网络层：同上
- 网络接口层：包含物理层与数据链路层
四、IP协议
网络层
| IPv4 | 32位 |
| IPv6 | 128位 |
例：
192.168.1.140 (用户表示形式) 点分十进制
11000000 10101000 00000000 01000011 (计算机存储形式) 32bits
IP地址
IP地址 = 网络位 + 主机位
例：192.168.0.121/24
24：网络位的位数
| 网络位 | 该IP地址位于哪个网段(局域网)内 |
| 主机位 | 这个网段(局域网)第几台主机 |
| 子网掩码 | 用来区分IP地址的网络位和主机位，搭配IP地址使用。 |
举个例子：
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
子网掩码是1的部分对应IP地址的网络位
子网掩码是0的部分对应IP地址的主机位
特殊的IP地址
| 网段号: | IP地址网络位不变,主机位全为0,则为该IP地址的网段号 |
|---|---|
| 广播号: | IP地址网络位不变,主机位全为1,则为该IP地址的广播号 |
| 网关地址： | 192.168.1.1（局域网与广域网的网关） |
举个例子：
IP地址：192.168.1.3
子网掩码：255.255.255.0
网段号：192.168.1.0(网段内的IP能直接通信)
IP地址：192.168.1.3
子网掩码：255.255.255.0
网段号：192.168.1.255(向广播号发送信息,所有局域网内IP都能收到此信息)
IP地址的划分
在此之前，我们先来区分两个概念：
为了节省ip地址，把ip分为两种：
公有IP：由电信公司直接分配，并需要付费的IP地址， 可以直接访问internet
私有IP：不能直接访问internet的ip地址，由路由器分配，进入广域网时自动转为公有IP
(1)A类地址:
用于管理大规模网络
| 范围 | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 |
| 子网掩码 | 255.0.0.0 |
| 可以分配的IP地址数 | 126*2^24 |
| 私有IP地址 | 10.0.0.0 - 10.255.255.255 |
(2)B类地址:
管理大中规模网络
| 范围 | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 |
| 子网掩码 | 255.255.0.0 |
| 可以分配的IP地址数 | 2^16 |
| 私有IP地址 | 172.16.0.0 - 172.31.255.255 |
(3)C类地址:
管理中小规模网络
| 范围 | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 |
| 子网掩码 | 255.255.255.0 |
| 可以分配的IP地址数 | 2^8 |
| 私有IP地址 | 192.168.0.0 - 192.168.255.255 |
(4)D类地址:
组播和广播使用
| 范围 | 224.0.0.0 - 239.255.255.255 |
(5)E类地址:
用来进行实验
| 范围 | 240.0.0.0 - 255.255.255.254 |
五、 网络端口号
端口号：为16位的整形数据（unsigned short）（范围是：0-65535）
端口号功能：标记同一主机上的不同网络进程
分类
1）任何TCP/IP实现所提供的服务都用1-1023之间的端口号。
| http | 80 |
|---|---|
| FTP | 20/21 |
| TFPT | 69 |
| HTTPS | 443 |
2）端口号从1024-49151是被注册的端口号，被IANA指定为特殊服务使用。
MQTT：1883/8883
3）从49152-65535是动态或私有端口号。
六、网络配置
1. ping ip地址/域名
查看当前主机和IP/域名所对应的这台主机网络是否联通
2. ifconfig
在Linux查看当前主机的IP地址
ipconfig
在Windows上查看当前主机的IP地址
3. 网络配置
1）虚拟机--》设置--》网络适配器---》桥接模式
2）编辑--》虚拟网络编辑器--》更改设置--》VMnet0---》桥接至--》当前PC正在上网的网卡上--》应用--》确定
3）修改网络配置文件
在终端输入命令：sudo vim /etc/network/interfaces
auto lo
iface lo inet loopbackauto ens33
iface ens33 inet dhcp4）重启网络服务
sudo /etc/init.d/networking restart
5) 测试
ping www.baidu.com
七、网络协议——UDP
UDP：（传输层）用户数据报协议（User Datagram Protocol）
1）网络编程模型
| B/S模型：browser/server（浏览器/服务器） |
|---|
| 1. 客户端是通用的客户端（浏览器） |
| 2. 一般只做服务器开发 |
| 3. 客户端要加载的数据均来自服务器 |
| C/S模型：client/server（客户端/服务端） |
|---|
| 1. 客户端是一个专用的客户端 |
| 2. 服务器和客户端都需开发 |
| 3. 客户端可保存资源，本地加载，无需所有数据都请求服务器 |
2）UDP编程流程
我们先来厘清一个概念：
套接字：文件描述符；网络通信时，应用层可操作的端口。
socket函数：
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建通信的套接字
参数：
domain：网络层使用什么协议族
AF_INET：IPv4
AF_INET6：IPv6
type：规定传输层的协议
SOCK_DGRAM ： UDP协议
SOCK_STREAM：TCP协议
SOCK_RAW ：原始套接字
protocol ：0 按照默认协议方式创建
返回值：
成功：套接字
失败：-1
sendto函数
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
功能：向网络套接字发送数据
参数：
sockfd：套接字
buf： 要发送的数据的首地址
len：要发送的字节数
flags： 0：按照默认方式发送
dest_addr：接收方的地址信息（IP+端口号）
addrlen：接收方地址的大小
返回值：
成功：实际发送的字节数
失败：-1
使用man 7 ip 命令获取两个结构体
struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */in_port_t sin_port; /* port in network byte order */struct in_addr sin_addr; /* internet address */};/* Internet address. */
struct in_addr {uint32_t s_addr; /* address in network byte order */};其中：
port in network byte order代表基于网络字节序的端口号；
网络字节序：大端 （network）
主机字节序：小端 （host）
为了切换这两者，我们可以使用函数：
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); 主机转网络
uint16_t htons(uint16_t hostshort); 主机转网络
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); 网络转主机
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); 网络转主机
我们通常传递的ip地址为一个字符串，为了使其切换成二进制IP地址的形式，也要再调用一次函数：
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:
将字符串IP地址转换成二进制IP地址形式char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：
将二进制ip转换成字符串
bind函数：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
功能：绑定自己的IP地址和端口号
参数：
sockfd：套接字
addr：需要绑定的地址
addrlen：地址大小
返回值：
成功：0
失败：-1
recvfrom函数：
功能：从套接字上接收数据
参数：
sockfd：套接字
buf：存放接收数据的内存首地址
len：希望接收的字节数
flags：0 ：按照默认方式接收（阻塞）
src_addr：发送方的地址信息
addrlen：发送发地址的指针
功能：
成功：实际接收到的字节数
失败：-1
客户端编程：
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{//socket()//sendto()//recvfrom()//close()int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}//定义的接收方(服务端)的地址变量struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000); //接收方的端口号seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.179"); //接收方所在主机的IP地址char buff[1024] = {0};while (1){fgets(buff, sizeof(buff), stdin);ssize_t cnt = sendto(sockfd, buff, 0, 0, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (cnt < 0){perror("sendto error");return -1;}// printf("cnt = %ld\n", cnt);memset(buff, 0, sizeof(buff));recvfrom(sockfd, buff, sizeof(buff), 0, NULL, NULL);printf("ser-->cli : %s\n", buff);}//close(sockfd);return 0;
}服务端编程：
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{//socket()//bind()//recvfrom()//sendto()//close()int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);//服务端自己的地址信息变量struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.179");int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (ret < 0){perror("bind error");return -1;}char buff[1024] = {0};while (1){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t cnt = recvfrom(sockfd, buff, sizeof(buff), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if (cnt < 0){perror("recvfrom error");return -1;}else if (0 == cnt){printf("cnt = %ld\n", cnt);break;}printf("[%s : %d][%ld] %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port),cnt, buff);fgets(buff, sizeof(buff), stdin);//strcat(buff, "--->ok");sendto(sockfd, buff, strlen(buff), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, clilen);}close(sockfd);return 0;
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