网络通信（套接字通信）（C/C++）

1.网络编程必知概念

1.广域网和局域网

        广域网：又称外网、公网。是连接不同地区局域网或城域网进行计算机通信的远程公共网络。

        局域网：在一定的通信范围内，有很个多计算机组成的私有网络就叫局域网。（这些计算机相互之间是可以通信的，但是不能直接访问外网（可以通过网线或代理服务器就可以访问外网））

2.互联网协议地址（IP）

       IP互联网协议地址（Internet Protocol）：本质是一个整型数，用于表示计算机在网络中的地址。IP协议版本有两个：IPv4和IPv6

IPv4（Internet Protocol version4）：

• 使用一个32位的整型数描述一个IP地址，4个字节，int型
• 也可以使用一个点分十进制字符串描述这个IP地址： 192.168.247.135
• 分成了4份，每份1字节，8bit（char），最大值为 255
  • 0.0.0.0 是最小的IP地址
  • 255.255.255.255是最大的IP地址
• 按照IPv4协议计算，可以使用的IP地址共有 个

IPv6（Internet Protocol version6）：

• 使用一个128位的整型数描述一个IP地址，16个字节

• 也可以使用一个字符串描述这个IP地址：2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b

• 分成了8份，每份2字节，每一部分以16进制的方式表示

• 按照IPv6协议计算，可以使用的IP地址共有 个

3.在不同系统上查看主机对应的ip地址命令

在windows上查看ip的命令：ipconfig

在Linux上查看ip的命令：ifconfig

ping www.baidu.com    # 测试是否可用连接外网

ping 局域网ip地址        # 测试是否可用连接局域网

4.端口（port）

端口的作用是定位到主机上的某一个进程，通过这个端口进程就可以接收到对应的网络数据了

比如: 在电脑上运行了微信和QQ, 小明通过客户端给我的的微信发消息, 电脑上的微信就收到了消息, 为什么?

• 运行在电脑上的微信和QQ都绑定了不同的端口
• 通过IP地址可以定位到某一台主机，通过端口就可以定位到主机上的某一个进程
• 通过指定的IP和端口，发送数据的时候对应的端口就能接收到数据了

注意：通过IP地址可以找到一个主机， 通过端口port定位到某一个进程

5.OSI/ISO网络分层模型

应用层	http ftp KCP MQTT Modbus（各种协议）
表示层	数据加解密
会话层	进程管理
传输层	端到端 端口指向具体进程 UDP / TCP
网络层	统一为上层提供同样的身份信息 IP地址
数据链路层 ​​​​​​​	数据的错误检错 规定身份信息（不同的网络拓扑结构身份信息就不同）
物理层	电气规范

 6.常用网络通信协议

• TCP协议->传输层协议
• UDP协议->传输层协议
• IP协议->网络层协议
• 以太网协议->网络接口层协议

7.socket编程

        socket套接字：一种通用的网络编程接口。

        socket 本身是一种进程间通信的方式，最开始可以作为本地的进程之间数据的传输方式。在本地可以通过进程 PID 来唯一标识一个进程，但是在网络中这是行不通的。

        而非本地的进程，该怎么标识自己那，就是前面我们说的 IP 地址和端口号了。

8.字节序

        字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，也就是说对于单字符来说是没有字节序问题的，字符串是单字符的集合，因此字符串也没有字节序问题。

        数据在计算机主要有两种存储方式大端和小端。

Little-Endian -> 主机字节序 (小端)

• 数据的低位字节存储到内存的低地址位, 数据的高位字节存储到内存的高地址位；
• 我们使用的PC机，数据的存储默认使用的是小端。

Big-Endian -> 网络字节序 (大端)

• 数据据的低位字节存储到内存的高地址位, 数据的高位字节存储到内存的低地址位；
• 套接字通信过程中操作的数据都是大端存储的，包括：接收/发送的数据、IP地址、端口。

9.字节序转换函数

#include <arpa/inet.h>
// u:unsigned
// 16: 16位, 32:32位
// h: host, 主机字节序
// n: net, 网络字节序
// s: short
// l: int

// 这套api主要用于 网络通信过程中 IP 和 端口 的 转换
// 将一个短整型从主机字节序 -> 网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);    
// 将一个整型从主机字节序 -> 网络字节序
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);    

// 将一个短整型从网络字节序 -> 主机字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort)
// 将一个整型从网络字节序 -> 主机字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

10.IP地址转换函数

// 主机字节序的IP地址转换为网络字节序
// 主机字节序的IP地址是字符串, 网络字节序IP地址是整形
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 

参数:
        af: 地址族(IP地址的家族包括ipv4和ipv6)协议
                AF_INET: ipv4格式的ip地址
                AF_INET6: ipv6格式的ip地址
        src: 传入参数, 对应要转换的点分十进制的ip地址: 192.168.1.100
        dst: 传出参数, 函数调用完成, 转换得到的大端整型IP被写入到这块内存中
返回值：

        成功返回1

        失败返回0或者-1

#include <arpa/inet.h>
// 将大端的整型数, 转换为小端的点分十进制的IP地址        
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

参数:

        af: 地址族协议
                AF_INET: ipv4格式的ip地址
                AF_INET6: ipv6格式的ip地址
        src: 传入参数, 这个指针指向的内存中存储了大端的整型IP地址
        dst: 传出参数, 存储转换得到的小端的点分十进制的IP地址
        size: 修饰dst参数的, 标记dst指向的内存中最多可以存储多少个字节
返回值:

        成功: 指针指向第三个参数对应的内存地址, 通过返回值也可以直接取出转换得到的IP字符串
        失败: NULL

以下两个函数：只能转换ipv4格式的ip地址 

// 点分十进制IP -> 大端整型
in_addr_t inet_addr (const char *cp);

// 大端整型 -> 点分十进制IP
char* inet_ntoa(struct in_addr in);

 2.UDP通信流程

udp是一个无连接的，不可靠的，用户数据报协议，这个协议是一个传输层协议

• 无连接：它仅仅将要发送的数据报传送至网络，并接收从网上传来的数据报，而不与远端的UDP模块建立连接。
• 不可靠：UDP只提供数据的不可靠交付，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（所以UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）
• 用户数据报：用户数据报协议将应用程序产生的数据消息转化成数据包,然后经由IP发送,但它并不验证消息是否被正确发送

UDP通信流程图:

3.TCP通信流程