网络编程基础知识

 网络中互相通信需要协议，不同曾具有各自不同的协议。

        协议是为进行网络中的数据交换与通信而建立的规则、标准或约定。

                                                     ISO/OSI

        OSI（Open System Interconnection）参考模型将网络的不同功能划分为7层

1.物理层

        提供二进制传输，确认在通信信道上如何传输比特流。

2.数据链路层

        介质访问（接入）。加强物理层的传输功能，建立一条无差错的传输线路。

3.网络层

        寻址和最短路径。提供IP寻址和路由器 。

        网际协议IP、Internet互联网控制报文协议ICMP、Internet组管理协议IGMP。

4.传输层

        为源端主机到目的地端主机提供可靠的数据传输服务。隔离网络的上下层协议，使网络协议与下层无关。

        协议：传输控制协议TCP、拥护数据报协閁DP。

        TCP：面向连接的可靠传输协议。

        UDP：是无连接的，不可靠的传输协议。

5.会话层

        主机间通信。在两个相互通信的应用进程之间，建立组织和协调其相互之间的通信。

6.表示层

        数据表示。处理被传送数据的表示问题（语法和语意）。

7.应用层

        处理网络应用。为用户的应用程序提供网络应用的服务。

        协议：远程登陆协议Telnet、文件传输协议FTP、超本文传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等。

        通信实体的对等层之间不允许直接通信。各层之间是严格单向依赖的。

网际层协议：包括：IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议。
传输层协议：TCP协议、UDP协议。
应用层协议：FTP、Telnet、SMTP、HTTP、RIP、NFS、DNS

数据封装          

        一台计算机要发送到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。

        封装就是在数据前面加上特定的协议头部。

        OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit)。每一层都要依靠下一层提供的服务，为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中喊有完成数据传输所需的控制信息。这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。

TCP/IP模型       

        TCP/IP模型包括4个层次与OSI对应关系：

应用层：会话层、表示层、应用层

传输层：传输层

网络层：网络层

网络接口层：数据链路层、物理层

端口

        按照OSI七层模型的描述，传输层提供进程（应用程序）通信的能力。为了标识通信实体中进行通信的进程，TCP/IP协议提出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念。端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序通过系统调用与某端口建立连接（binding）后， 传输层传给该端口的数据都被相应的进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。端口用一个整数型标识符来表示，即端口号。端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立。端口使用一个16位的数字来表示，它的范围是0——65535，1024以下的端口号保留给预定义的服务。例如：http使用80端口。

套接字的引入

        美国伯克利大学在Unix上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用socket（套接字）。套接字存在与通信区域中。通信区域也叫地址族，它是一个抽象的概念，主要用与将通过套接字通信的进程的共有特性结合在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据（也有可能跨区域通信，但这只在执行了某种转换进程后才能实现）。Windows Sockets只支持一个通信区域：网际域（AF_INET），这个域被使用网际协议簇通信的进程使用。

网络字节顺序

        不同的计算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节（低位先存），有的机器在起始地址存放高位字节（高位先存）。基于Inter的CPU，即我们常用的PC机采用的是低位先存为保证数据的正确性，在网络协议中需要指定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16位整数和32位整的高位先存格式。

客户机/服务器模式

        即客户机向服务器提出请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。建立基于以下两点：首先，建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次，网间进程通信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，有不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是基于客户机/服务器模式的TCP/IP。

套接字类型

流式套接字（SOCK_STREAM)

        提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送，且按发送顺序接收。

数据报式套接字（SOCK_DGRAM)

        提供无连接服务。数据包以独立包形式发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。

原始套接字（SOCK_RAW)

相关函数说明

int WSAStartupo(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

        wVersionRequested参数用于指定准备加载的Winsock库的版本。高位字节指定所需要的Winsock库的副版本，而低位字节册是主版本。可用MAKEWORD(X, Y)(其中，x是高位字节，y是低位字节)方便地获得wVersionRequested的正确值。

        ipWSAData参数是指想WSADATA结构的指针，WSAStartup用其加载的库版本有关的信息填在这个结构中。


SOCKET socket (
  int af,       
  int type,     
  int protocol  
);

        接收三个参数。第一个参数af指定地址族，对于TCP/IP协议的套接字，它只能是AF_INET(也可写成PF_INET)。第二个参数指定Socket类型，对于1.1版本的Socket,它只支持两种类型的套接字，SOCK_STREAM指定产生流式套接字，SOCK_DGRAM产生数据报套接字。第三个参数是与指定的地址家族相关的协议，如果指定为0，那么它就会根据地址格式和套接字类别，自动为你选择一个合适的协议。这是推荐使用的一种选择协议的方法。如果这个函数调用成功，他将返回一个新的SOCKET数据类型的套接字描述符。如果调用失败，这个函数就会返回一个INVAID_SOCKET，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。


int bind (
  SOCKET s,                          
  const struct sockaddr FAR*  name,  
  int namelen                        
);

        接收三个参数。第一个参数s指定要绑定的套接字，第二个参数指定了该套接字的班底地址信息，是指向sockaddr结构的指针变量，由于该地址结构是为所有的地址家族准备的，这个结构可能(通常会)随所使用的网络协议不同而不同，所以，要用第三个参数指定该地址结构的长度。sockaddr结构定义如下：
struct sockaddr{
u_short sa_family;
char sa_data[14];
};
        sockaddr的第一个字段sa_family指定该地址家族，在这里必须设为AF_INET。sa_data仅仅是表示要求一块内存分配区，起到占位的作用，该区域中指定的协议相关的具体地址信息。由于实际要求的只是内存区，所以对于不同的协议家族，用不同的结构来替换sockaddr。除了sa_family外，sockaddr是按网络字节顺序表示的。在TCP/IP中，我们可以用sockaddr_in结构替换sockaddr,以方便我们填写地址信息。

u_long htonl (
  u_long hostlong  
);
 
        转换一个u_long类型从主机字节序到TCP/IP网络字节序。

u_short htons (
  u_short hostshort  
);

        转换一个u_short类型从主机字节序到TCP/IP网络字节序。

int listen (
  SOCKET s,    
  int backlog  
);

        将套接字设置为监听模式，监听连接请求。第一个参数为套接字描述符，第二个参数为等待连接队列的最大长度。

SOCKET accept (
  SOCKET s,                   
  struct sockaddr FAR* addr,  
  int FAR* addrlen            
);

        等待客户连接到来，并接受连接请求。第一个为处于监听状态的套接字。第二个是一个out, 指向一个buffer指针用来接收连接实体的地址。当发起连接时，保存了发起连接的客户端的IP地址信息和端口信息。第三个参数用来包含所返回的地址结构的长度。

int send (
  SOCKET s,              
  const char FAR * buf,  
  int len,               
  int flags              
);


        第一个是套接字，第二个是buffer，包含了将要被传送的数据，第三个是buffer中数据的长度，第四个flags将影响send调用行为。

int recv (
  SOCKET s,       
  char FAR* buf,  
  int len,        
  int flags       
);

        第一个是套接字，第二个是buffer，包含了将要被接收的数据，第三个是buffer中数据的长度，第四个flags将影响send调用行为。

int connect (
  SOCKET s,                          
  const struct sockaddr FAR*  name,  
  int namelen                        
);
        第一个是套接字，第二个是地址结构体指针主要是设置所连接的服务器端的地址信息，第三个是地址结构体长度。

实例TCP/IP

//服务器端

#include "winsock2.h"
#include "stdio.h"

void main()
{
 WORD wVersionRequested;
 WSADATA wsaData;
 int err;
 
 wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );      //请求1.1版本WinSock库
 
 err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
 if ( err != 0 ) {
  return;
 }
 
 if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||          //通过判断返回的wVersion值是不是等于1确定WinSock库使用版本。
        HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
  WSACleanup( );
  return; 
 }
 SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 SOCKADDR_IN addrSrv;                                //定义一个地址结构体变量。
 addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);   //赋值
 addrSrv.sin_family = AF_INET;                       //指定地址族
 addrSrv.sin_port = htons(6000);                     //端口

 bind(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));   //绑定
 listen(sockSrv, 5);        //等待连接队列的最大为5

 SOCKADDR_IN addrClient;
 int len = sizeof(SOCKADDR);

 while(1)
 {
  SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrClient, &len);
  char sendBuf[100];       //定义一个BUF保存数据
  sprintf(sendBuf, "Welcome %s !", inet_ntoa(addrClient.sin_addr));  //把数据格式化到BUF中
  send(sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf)+1, 0);
  char recvBuf[100];
  recv(sockConn, recvBuf, 100, 0);
  printf("%s\n", recvBuf);
  closesocket(sockConn);

 }
}
 


                               //客户端

#include "winsock2.h"
#include "stdio.h"

void main()
{
 WORD wVersionRequested;
 WSADATA wsaData;
 int err;
 
 wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );  
 err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
 if ( err != 0 ) {
  return;
 }
 
 if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||  HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
  WSACleanup( );
  return; 
 }
 SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

 SOCKADDR_IN addrSrv;
 addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 addrSrv.sin_family = AF_INET;
 addrSrv.sin_port = htons(6000);
 connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

 char recvBuf[100];
 recv(sockClient, recvBuf, 100, 0);
 printf("%s\n", recvBuf);
 send(sockClient, "This is zhangsan", strlen("This is zhangsan")+1, 0);

 closesocket(sockClient);
 WSACleanup();
}
 


       由于用到了winsock 在编译的时候要加上ws2_32.lib