网络编程

各层典型协议

网络接口与物理层

​ MAC地址：48位全球唯一，网络设备的身份标识

​ ARP/RARP

​ ARP:IP地址—->MAC地址

​ RARP:MAC地址—->IP地址

​ PPP协议

​ 拨号协议(GPRS/3G/4G)

网络层(IP层)

IP: Internet protocol（IPV4/IPV6）

ICMP：Internet控制管理协议，ping命令属于ICMP

IGMP：Internet分组管理协议，广播，组播

传输层

TCP: Transfer Control protocol传输控制协议，提供面向连接的一对一可靠数据传输协议

UDP: user Datagram Protocol用户数据报协议，提供不可靠无连接的尽力传输协议

SCTP可靠传输，TCP增强版，可实现多主机多链路通信

应用层

网络访问协议HTTP/HTTPS

邮件发送接收协议POP3（收）/SMTP（发）、IMAP（可接收邮件的一种协议）

FTP

Telnet/SSH远程登录

嵌入式相关

NTP网络时钟协议

SNMP简单网络管理协议（实现对网络设备的集中式管理）

RTP/ETSP传输音视频协议（安防监控）

网络封包拆包

MTU：Max Transfer Unit最大传输单元，以太网中最大为1500

MSS：Maxium Segment Size和网络类型、线路、系统特性相关

Socket

编程的接口，是一种特殊的文件描述符（对它执行IO操作的函数，read()、write()、close()等操作函数）

代表网络编程的资源

socket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。内设置流量控制，避免数据淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，五长度限制

数据报套接字 SOCK_DGRAM

提供无连接服务。数据包以独立数据包形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收

原始套接字 SOCK_RAW

可以对较低层次协议如IP、ICMP等直接访问

IP地址

IPV4：32为整数

IPV6：128位整数

mobileIPV6：local IP本地注册IP，roam IP漫游IP

IPV4地址：点分形式的32位整数

特殊IP地址

局域网IP：192.XXX.XXX.XXX 10.XXX.XXX.XXX

广播IP：XXX.XXX.XXX.255 255.255.255.255全网广播

组播IP：224.XXX.XXX.XXX-239.XXX.XXX.XXX不含广播IP

端口号

16位数字（1-65535）

常见端口：1-1023（FTP:21, SSH:22, HTTP:80, HTTPS:469）

保留端口：1024-5000（不建议使用）

可用：5001-65535

TCP端口和UDP端口相互独立

网络中通信为IP+端口号决定

字节序

不同CPU访问内存中多字节数据的时候存在大小端问题，如CPU访问字符串数据不存在大小端问题

低对低：小端

​ 低端内存存放低端数据

低对高：大端

​ 低端内存存放高端数据

一般X86/ARM：小端；powerpc/mips，ARM作为路由器：大端

网络传输：大端

主机字节序转网络字节序

u_long htonl(u_long hostlong);

u_short htons(u_short short);

网络字节序转主机字节序

u_long ntohl(u_long hostlong);

u_short ntohs(u_short short);

IP地址转换函数

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

cp:点分形式的IP地址，结果是32位整数（内部包含了字节序的转换，默认是网络字节序的模式）

仅适用于IPV4，当出错时返回-1，此函数不能用于255.255.255.255的转换

inet_pton()/inet_ntop()

需要引用arpa/inet.h

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

适用于IPV4和IPV6，能正确处理255.255.255.255的转换

af：地址协议族（AF_INET或AF_INET6）

src：是一个指针（填写点分形式的IP地址[主要指IPV4]）

dst：转换的结果给到dst

成功为1，失败为0

const char *inet_ntop(int af, const char *src, void *dst);

适用于IPV4和IPV6，能正确处理-1的转换

af：地址协议族（AF_INET或AF_INET6）

src：是一个指针（32位网络字节序的IP地址）

dst：输出结果为点分形式的IP地址[主要指IPV4]

成功返回非空指针，失败返回空指针

TCP编程API

socket()创建函数

需要引用sys/types.h/sys/socket.h

int socket(int domain, int type, int protocol);

domain：

​ AF_INET IPV4 Internet protocol

​ AF_INET6 IPV6 Internet protocol

​ AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication（本地属性）

​ AF_NETLINK Kernel user interface device（内核和用户通信）

​ AF_PACKET Low level packet interface

type：

​ SOCK_STREAM:流式套接字，唯一对应TCP

​ SOCK_DGRAM:数据报套接字，唯一对应UDP

​ SOCK_RAW:原始套接字

protocol：一般填0，原始套接字编程时需填充

成功返回文件描述符，失败返回-1

bind()绑定函数

需要引用sys/types.h/sys/socket.h

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd：通过socket()函数拿到的fd

addr：struct sockaddr的结构体变量的地址(IPV4:sockaddr_in(man 7 ipv4),IPV6:sockaddr_in6（man 7 ipv6）,通常更通用的方法可以通过struct sockaddr_storage来编程)

addrlen：地址长度

成功返回0，失败返回-1

listen()主动转被动函数

需要引用sys/types.h/sys/socket.h

int listen(int sockfd, int backlog);

backlog：一般填5（同时允许几路客户端和服务器进行连接，ARM最大为8）

成功返回0，失败返回-1

accept()阻塞等待客户端连接请求函数

需要引用sys/types.h/sys/socket.h

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

sockfd：经过前面socket()创建并通过bind(),listen()设置过的fd

addr和addrlen：可获取客户端的IP+端口号

成功返回已经建立好新的newfd，失败返回-1

connect()客户端连接函数

需要引用sys/types.h/sys/socket.h

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

和bind()函数类似

成功返回0，失败返回-1

INADDR_ANY可以获取程序运行所在主机任意网卡传输过来的数据

send()/write()网络发送数据

需要引用sys/types.h和sys/socket.h

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

需要引用unisd.h

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

send()比write()多一个参数flags：一般填写0（阻塞），此时和write()作用一样

MSG_DONTWAIT：非阻塞版本

MSG_OOB：用于发送TCP类型的带外数据(out-of-band)

recv()/read()网络接收数据

需要引用sys/types.h和sys/socket.h

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

需要引用unisd.h

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

recv()比read()多一个参数flags：一般填写0（阻塞），此时和write()作用一样

MSG_DONTWAIT：非阻塞版本

MSG_OOB：用于发送TCP类型的带外数据(out-of-band)

MSG_PEEK：读完部分数据后续依旧从头开始读

阻塞相关函数

ioctl（int fd, int cmd, long arg）;

cmd:和IO相关的是FIONBIO，可决定文件描述符是否为阻塞IO

arg：非零整数即为非阻塞IO

int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

cmd：为F_GETFL时是获取文件描述符的标志，F_SETFL是设置文件描述符的标志

函数的结果|=O_NONBLOCK即可设置为非阻塞IO

多路复用

基本常识：

linux中每个进程默认情况下，最多可打开1024个文件，最多有1024个文件描述符

文件描述符的特点：

1. 非负整数
2. 从最小可用的数字来分配
3. 每个进程启动时默认打开0，1，2三个文件描述符

多路复用针对是不止是文件描述符fd，也包括普通文件描述符fd

流程

1. 把关心的文件描述符加入到集合（fd_set：集合长度为maxfd+1，一般是4个字节的整数）中
2. 调用select()/poll()函数去监控集合fd_set中哪些文件描述符（阻塞等待集合中一个或者多个文件描述符有数据）
3. 当有数据时退出select()阻塞
4. 依次判断哪个文件描述符有数据
5. 依次处理有数据的文件描述符上的数据

fd_set有关的函数

1.清零集合

void FD_ZERO(fd_set *fdset)

2.把fd加入集合

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset)

3.从集合清除fd

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)

4.判断fd是否在集合中

int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset)

阻塞函数

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set, *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)

nfds：fd_set集合的长度即maxfd+1

readfds：读集合

writefds：写集合，一般为NULL

exceptfds：异常集合，一般填NULL，除非有带外数据

timeout：超时阻塞时间

select()退出后集合中全是有数据的集合

struct timeval{

​ long tv_sec;//秒

​ long tv_usec;//微秒

}

1秒（s）=10^3毫秒（ms）=10^6微秒（us）=10^9纳秒（ns）=10^12纳秒（ps）

if(FD_SET(fd, rset)){

1.如果此fd为监听套接字则代表有新的客户端连接，则accept()接收

2.如果是已建立连接的套接字则读数据

}