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C/C++网络编程基础知识超详细讲解第一部分（系统性学习day11）

作者：花生_TL007 | 2024-05-18 04:56:27

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c++网络编程

目录

前言

一、网络的含义与构成

含义：

构成： 

二、网络的体系结构

1>OSI七层模型

2>TCP/IP协议体系结构 

3>数据经过体系结构，怎么封装? 

4>端口号

5>大小端序

6>TCP/UDP传输层的协议 

三、系统函数API学习框架（TCP）    

服务器（优先）：

 客户端：

四、服务器和客户端代码实例 

总结

前言

网络编程是指使用编程语言进行网络通信的过程。通过网络编程，计算机可以通过互联网或局域网与其他计算机进行数据交换和通信。在网络编程中，程序员需要使用特定的网络编程接口和协议（如TCP/IP、HTTP等）来实现数据的发送和接收。网络编程常用于开发网络应用、远程服务和分    布式系统等。

网络编程具有以下几个重要的作用：

  1. 数据交换和通信：通过网络编程，计算机可以在网络上进行数据的发送和接收，实现信息的交换和通信。这对于实现远程服务、分布式系统以及网络应用等都非常重要。

  2. 分布式系统：通过网络编程，可以将多台计算机连接起来，形成一个分布式系统。在分布式系统中，不同计算机之间可以互相通信和协作，共享资源和处理任务，从而提高系统的可靠性、性能和扩展性。

  3. 网络应用开发：网络编程是开发网络应用（如Web应用、聊天室、在线游戏等）的基础。通过网络编程，可以实现服务器端和客户端之间的数据交互，从而实现用户与服务器的交互和信息的展示。

  4. 网络安全：网络编程也与网络安全密切相关。通过网络编程，可以实现加密、认证、防止信息泄漏等安全机制，保护网络通信的隐私和安全。

总之，网络编程为计算机之间的数据交换和通信提供了技术基础，成为了构建分布式系统、开发网络应用以及保障网络安全的重要手段。

一、网络的含义与构成

含义：

   1.什么是网络?
        网络是信息传输、接收和共享的虚拟世界，通过把地球村内所有
信息汇聚起来，从而实现这些资源的共享。
        初衷:知识共享            

构成： 

 2.计算机上的软件层面的网络是由什么构成?
        1>IP
            格式:
                点分十进制        用户浏览与编写    192.168.10.x
                网络二进制        系统、电脑看的  0、1组合
            分类：
                IPv4   (主要集中，应用在电脑)
                    点分十进制        4个字节
                    网络二进制        32位
                （42个ip地址）
                IPv6  (手机WiFi、目前在电脑中不集中)
                    点分十进制        16个字节
                    网络二进制        128位


                IPv4分五类
                    A B C D E
                大型网 中大型 中小型 组播型 待用型

                 

                 

(1)A类地址
                    网络二进制：是以0开头
                    1个网络地址 3个主机地址（网络地址等于你在哪个教室，主机地址
                    代表你在教室中的位置）
网络二进制：
00000000 00000000 00000000 00000001 - 01111111 11111111 11111111 11111110 
点分十进制：
    0.0.0.1-127.255.255.254  
注意：
        主机位全为0，定义为网段号，网络ID号
        主机位全为1，定义广播地址
        

(2) B类地址
                    网络二进制：是以10开头
                    2个网络地址 2个主机地址（网络地址等于你在哪个教室，主机地址
                    代表你在教室中的位置）
网络二进制：
10000000 00000000 00000000 00000001 - 10111111 11111111 11111111 11111110 
点分十进制：
    128.0.0.1-191.255.255.254  
注意：
        主机位全为0，定义为网段号，网络ID号
        主机位全为1，定义广播地址

(3)C类地址
                    网络二进制：是以110开头
                    3个网络地址 1个主机地址（网络地址等于你在哪个教室，主机地址
                    代表你在教室中的位置）
网络二进制：
11000000 00000000 00000000 00000001 - 11011111 11111111 11111111 11111110 
点分十进制：
    192.0.0.1-223.255.255.254  
注意：
        主机位全为0，定义为网段号，网络ID号
        主机位全为1，定义广播地址

(4)D类地址
                    网络二进制：是以1110开头
                    4个网络地址 0个主机地址（网络地址等于你在哪个教室，主机地址
                    代表你在教室中的位置）
网络二进制：
11100000 00000000 00000000 00000001 - 11101111 11111111 11111111 11111110 
点分十进制：
    224.0.0.1-239.255.255.254    
注意：
        主机位全为0，定义为网段号，网络ID号
        主机位全为1，定义广播地址            
        
(5)E类地址
                    未来可期

        2>子网掩码
            网络地址全为1，主机全为0
            255.255.255.0
            用来判断是否在同一网段
            前缀长度：24(主要看子网掩码中1的个数)
            -->在linux网络配置中有体现
            
        3>默认网关
            主机地址默认值为1，随机取1-254，掐头去尾
            用来管理当前网段下的信息传输；网络的门户
            -->结合图片理解
            
        4>DNS域名解析服务器
            按照地方运营商提供的DNS域名服务器
            202.98.128.86
            www.baidu.com
            IP所属地：广东、深圳

二、网络的体系结构

1.OSI七层模型

 ISO公司推出的网络体系模型
        
        协议：双方规定好的通信规则
            应用层
            表示层
            会话层
            传输层
            网络层
            数据链路层
            物理层
        
        目的:将数据封装起来，形成一个约定好的通信协议
        缺点：太复杂，太繁琐，有写功能重复

2.TCP/IP协议体系结构 

        应用层        ftp、http、ping、ssh        
        传输层        TCP、UDP
        网络层        IP、ICMP、IGMP
        物理层        网线
        
        重点学习的网络体系结构，网络协议中的世界

3.数据经过体系结构，怎么封装? 

 封装数据的目的是为了保证数据在网络中传输的稳定性
            -->结合图片理解

4.端口号

 区分不同的应用程序，针对主机
            QQ4999，微信5050
            2个字节 0~65535
            0~1023  --》系统进程使用的
            1024~65535  --》用户用的 

5.大小端序

 不同类型的CPU的主机中，内存存储的整数字节序有两种
            小端序：
                低位字节存储到低位地址，     linux
            大端序： 
                低位字节存储到高位地址，     系统

6.TCP/UDP传输层的协议 

    TCP/UDP的区别：
        UDP(用户数据报协议)的特点：只管发送，没有连接属性，数据因此不可靠，不稳定，易丢失。
        举例：写信
        
        TCP(传输控制协议)的特点：要先建立连接，保证了数据的可靠信，因此数据稳定，不丢包。
        举例：带电话

三、系统函数API学习框架（TCP）    

服务器（优先）：

     框架：             
                1>创建socket套接字
                2>绑定自己的IP地址和端口号
                3>监听
                4>等待客户端连接
                5>数据收/发
                6>关闭套接字(具有网路属性的文件描述符) 

1.创建socket套接字 （socket）

   头文件：

    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    int socket(int domain, int type, int protocol);
    功能:
        创建一个具有网络属性的文件描述符
    参数:
        domain:协议族
            AF_UNIX,AF_LOCAL          本地连接
            AF_INET                   IPv4
            AF_INET6                   IPv6
        type：
        SOCK_STREAM    流式套接字       TCP
        SOCK_DGRAM  数据报套接字   UDP
        SOCK_RAW    原始套接字
        protocol：
            默认为0，表示前面两个所选参数生效
    返回值:
        成功返回具有网络属性的文件描述符
        失败，返回-1并设置错误码
        
    socket位于哪里，位于应用层和传输层之间

 2.绑定自己的IP地址和端口号（bind）

    头文件：

    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
    功能:
        将IP地址和端口号绑定在sockfd上，难点在于第二参结构体赋值
    参数:
        sockfd:这个是socket创建出来的具有网络属性的文件描述符
        my_addr：结构体指针，用来赋值IP地址和端口号
        addrlen:结构体的长度
    返回值:
        成功返回0
        失败，返回-1并设置错误码
    
    第二参数const struct sockaddr *my_addr
    
    struct sockaddr {
       sa_family_t sa_family;  2个字节
       char        sa_data[14]; 14个字节
    }
    
    问题:
        赋值时IP地址和端口号哪个在前哪个在后不确定
        IP地址和端口号只占据6个字节，还有8个字节怎么填充
        
    因此选用同族结构体
    struct sockaddr_in{
        sa_family_t   sin_family;   //地址族
        uint16_t      sin_port;     //端口号 
        struct in_addr    sin_addr;  //32位IP地址
        char     sin_zero[8];      //预留未使用，自动填充0
    };
    struct in_addr{
        In_addr_t  s_addr;    //32位IPv4地址
    };

    1>注意端口大小端序转换的问题
    #include <arpa/inet.h>
    
    uint32_t htonl(uint32_t hostlong);  32位
    uint16_t htons(uint16_t hostshort); 16位
    以上小端序转大端序
    
    uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
    uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
    大端序转回小端序

    2>注意IP格式转换
    #include <netinet/in.h>
    in_addr_t inet_addr(const char *cp);
    将点分十进制的IP地址转换为网络二进制
    
    char *inet_ntoa(struct in_addr in);
    将网络二进制转回点分十进制

3.监听 （listen）

    头文件：
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    int listen(int sockfd, int backlog);
    功能：
        保护服务器，限制同一瞬间最大的客户端连接数量
    参数：
        sockfd：这个是socket创建出来的具有网络属性的文件描述符
        backlog：最大的客户端连接数量
    返回值：
        成功返回0
        失败，返回-1并设置错误码

4.等待客户端连接 （等待意味着“阻塞” accept）

   头文件:

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    功能：
        等待客户端连接，第二参能保存对方的IP地址和端口号，不需要保存对方设置NULL
    参数：
        sockfd：这个是socket创建出来的具有网络属性的文件描述符
        addr：用来保存客户端信息的结构体
        addrlen：结构体长度。
    返回值:
        成功返回与客户端通信的文件描述符，与socket函数类似
        失败，返回-1并设置错误码

 客户端：

为了演示效果明显，我们开始写客户端框架

        1>创建socket套接字
        2>声明服务器所在的IP地址和端口号
        3>主动连接服务器
        4>数据收/发
        5>关闭文件描述符

1.创建socket套接字与服务器相似

2.声明服务器所在的IP地址和端口号

        struct sockaddr_in server;
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port = htons(8888);
        server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.10.5");
        注意声明都是别人的，与你无关

3.主动连接服务器 （connect）

    头文件：

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen)
    功能：
        主动连接服务器，第二参能保存对方的IP地址和端口号，不需要设置NULL
    参数：
        sockfd：这个是socket创建出来的具有网络属性的文件描述符
        addr：用来连接服务器的结构体
        addrlen：结构体长度，一般用sizeof()。
    返回值:
        成功返回0
        失败，返回-1并设置错误码

 4.数据发送（send）

    头文件：

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
 
    ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
    功能：
        数据发送
    参数：
        sockfd：套接字文件描述符
        buf：发送缓冲区
        len：发送缓冲区长度
        flags:默认为0，表示阻塞
    返回值：
    成功：返回发送的字节数
    失败：返回-1，并设置errno

 5.数据接收（recv）

   头文件：

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    ssize_t recv(int sockfd,void *buf, size_t len, int flags);
    功能：
        数据接收
    参数：
        sockfd：套接字文件描述符
        buf：接收缓冲区
        len：接收缓冲区长度
        flags:默认为0，表示阻塞
    返回值：
    >0: 返回接收的字节数
    =0:    客户端异常退出(CTRL+C)
    <0: 失败：返回-1，并设置errno 

四、服务器和客户端代码实例 

  1. //服务器代码
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <sys/types.h>
  4. #include <sys/socket.h>
  5. #include <arpa/inet.h>
  6. #include <netinet/in.h>
  7. #include <string.h>
  8.  
  9. int main(void)
  10. {
  11. 	//1>创建socket套接字
  12. 	int serfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//1.选IPv4,2选TCP，3默认0
  13. 	if(serfd<0)	//错误判断
  14. 	{
  15. 		perror("socket");
  16. 		return -1;
  17. 	}
  18. 	printf("创建出的socket的值为%d\n",serfd);
  19. 	//2>绑定自己的IP地址和端口号
  20. 	struct sockaddr_in my_addr;
  21. 	my_addr.sin_family = AF_INET;//IPv4
  22. 	my_addr.sin_port = htons(8888);//将linux小端转系统的大端
  23. 	my_addr.sin_addr.s_addr =inet_addr("192.168.10.5");//注意将IP地址格式转为网络二进制，还有记得改成自己的linuxIP地址
  24. 	int ret;
  25. 	ret = bind(serfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
  26. 	//第二参将同族结构体强转为函数需要的结构体类型
  27. 	if(ret<0)	//错误判断
  28. 	{
  29. 		perror("bind");
  30. 		return -1;
  31. 	}
  32. 	printf("serfd网络属性已成功配置！\n");
  33. 	//3>监听
  34. 	ret = listen(serfd,8);
  35. 	if(ret<0)	//错误判断
  36. 	{
  37. 		perror("listen");
  38. 		return -1;
  39. 	}
  40. 	printf("监听已启动，保护服务器中^-^\n");
  41. 	//4>等待客户端连接 阻塞
  42. 	int clifd = accept(serfd,NULL,NULL);//accept接触阻塞后将产生一个与客户端通信的文件描述符
  43. 	if(clifd<0)	//错误判断
  44. 	{
  45. 		perror("accept");
  46. 		return -1;
  47. 	}
  48. 	printf("创建出与客户端通信的文件描述符值为%d\n",clifd);
  49. 	printf("有客户连接进来了！\n");
  50. 	//5>数据的接收
  51. 	char buf[30];
  52. 	while(1)
  53. 	{
  54. #if 0
  55. 		bzero(buf,sizeof(buf));
  56. 		ret = recv(clifd,buf,sizeof(buf),0);//阻塞
  57. 		printf("客户端说:%s\n",buf);
  58. #endif
  59. 		bzero(buf,sizeof(buf));
  60. 		ret = recv(clifd,buf,sizeof(buf),0);//阻塞
  61. 		if(ret<0)
  62. 		{
  63. 			perror("recv");
  64. 			return -1;
  65. 		}else if(ret == 0)
  66. 		 {
  67. 			 printf("客户带着小姨子跑了！\n");
  68. 			 return -1;
  69. 		 }else
  70. 		  {
  71. 			printf("客户端说:%s\n",buf);
  72. 		  }
  73. 	}
  74. 	//6>关闭套接字
  75. 	close(serfd);
  76. 	close(clifd);
  77. 	return 0;
  78. }
  1. //客户端代码
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <sys/types.h>
  4. #include <sys/socket.h>
  5. #include <arpa/inet.h>
  6. #include <netinet/in.h>
  7. #include <string.h>
  8.  
  9. int main(void)
  10. {
  11. 	//1>创建socket套接字
  12. 	int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  13. 	if(sockfd<0)
  14. 	{
  15. 		perror("socket");
  16. 		return -1;
  17. 	}
  18. 	printf("创建出的socket的值为%d\n",sockfd);
  19. 	//2>声明"服务器"所在的IP地址和端口号
  20. 	struct sockaddr_in server;
  21. 	server.sin_family = AF_INET;
  22. 	server.sin_port = htons(8888);
  23. 	server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.10.5");
  24. 	printf("已经声明服务器的IP地址和端口号！\n");
  25. 	//3>主动连接服务器
  26. 	int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
  27. 	if(ret<0)
  28. 	{
  29. 		perror("connect");
  30. 		return -1;
  31. 	}
  32. 	printf("连接服务器成功，请进行操作！\n");
  33. 	//4>数据发送
  34. 	char buf[30];
  35. 	while(1)
  36. 	{
  37. 		bzero(buf,sizeof(buf));
  38. 		scanf("%s",buf);
  39. 		send(sockfd,buf,strlen(buf),0);	
  40. 	}
  41. 	
  42. 	//5>关闭文件描述符
  43. 	close(sockfd);
  44. 	return 0;
  45. }

总结

        本篇文章针对C/C++ 网络编程进行详细讲解，希望能够帮到大家！

        以后还会给大家展现更多关于嵌入式和C语言的其他重要的基础知识，感谢大家支持懒大王！

       希望这篇博客能给各位朋友们带来帮助，最后懒大王请来过的朋友们留下你们宝贵的三连以及关注，感谢你们！  

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