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第三天：实现网络编程基于tcp/udp协议在Ubuntu与gec6818开发板之间双向通信
互联网地址
每一台设备接入互联网后，都会举报一个唯一的地址编号
IP地址 INTERNET地址
internet地址 ：它是协议上的一个逻辑地址
目前来说，我们主要的IP地址有两类 IPV4 IPV6
IPV4 其实就是使用一个32bit整数作为IP
IPV6 其实就是使用一个128bit整数作为IP
ipv4
1010 1100 0000 0010 0000 0001 0000 0001 人类是看不到的
172.2.1.1 给人看的"点分式"
每8bit组成一个十进制数，以 ‘.’ 隔开
2^32 个地址
这么多地址，怎么去管理？
类似电话号码 =区号+主机号
+86 0731 12345678
+86 中国大陆
0731 长沙
12345678 具体那个电话的号码
同理，ip地址也分为两个部分
ip地址=网络号+主机号
网络号：用于标识网络中的某个子网，占ip地址中的高x位
主机号：用于标识同一个子网内的不同主机，占地址中低的(32-x)位
也叫做 子网号 子网主机号
所占的bit位x又怎么确定呢？
netmask 子网掩码，用来确定一个ip地址中，网络号与主机号的占比
IP地址的bit位在子网掩码中对应的bit为1，就是网络号
在子网掩码中为0，就是主机号
比如：
ip 172.2.1.1
netmask 255.255.255.0
网络号 ip&netmask 172.2.1.0
主机号的范围 172.2.1.0 ~ 172.2.1.255
目前ip地址主要分为5类
我们常用的是C类网络
端口号
在网络中，可以提供ip地址来区分不同的网络设备
如果两个设备的IP相同 —》ip冲突，只有一台能够接入网络
问题;一台设备上，或许会运行多个网络应用
比如：我打开QQ给你们传文件，同时还在直播上课
那么网络中，怎么知道传递的数据，是由哪个网络应用发起的呢？
ip只能区分是那一台主机，不能区分是那一个应用
为了区分哪个网络应用传输的数据，需要用到端口号
TCP和UDP都是采用16bit无符号整数来作为端口号标识网络应用
IP —>标识网络中的某个设备
端口 —》标识设备上的某个网络应用
一台主机上的网络应用由：
ip地址+传输层协议（TCP/UDP）+端口号来确定
端口号 由 IANS 来管理
1-1023 众所周知的端口
比如 HTTP应用 80
FTP服务 20
…
1024-49151 注册端口，提供注册端口
49151-65536 动态或者私有端口，可以随便用
字节序
大端模式
高地址存储低字节 低地址存储高字节
小端模式
低地址存储低字节 高地址存储高字节
比如： int a = 0x12345678
&a = 0x4000
内存地址 大端模式存储内容 小端模式存储内容 0x4000 0x12 0x78 0x4001 0x34 0x56 0x4002 0x56 0x34 0x4003 0x78 0x12 不同的系统对于内存的管理方法不同，可能采用大端模式，可能采用小端模式
练习：尝试写一个程序，判断自己的Linux系统是大端模式还是小端模式，并且输出结果
int a = 1; //0x00 00 00 01 char *p = &a if(*p == 1) { printf("小端模式\n"); } else { printf("大端模式\n"); }- 1
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网络字节序采用的是大端模式
网络接口 socket
网络通信接口 socket是一个简单易上手，功能强大的接口
有以下特点：
1.socket是一个编程接口（网络编程接口）
所有的网络程序，都需要基于socket
2.socket也是一个特殊的文件描述符
特殊：可以利用系统文件接口
比如 read write close
但是不能用lseek
它的内容不在文件系统中，也不在内核中，而是在"网络"中
3.socket 是TCP/IP协议的一种代码实现
但是它不仅限于TCP/IP协议，它还支持蓝牙协议，wifi协议,unix域协议
socket独立于具体协议的网络程序接口，位于应用层与传输层之间，负责衔接应用层与传输层
网络通信
网络通信的实现—》 API（应用程序编程接口）
1.socket 创建一个套接字
2.bind 不动，将一个地址（网络应用地址：IP+传输协议+端口）与套接字绑定
3.listen 监听，用于设定服务器监听套接字（监听后就可以获得客户端的请求）
4.accpet 等待连接请求的到来
5.connect 用于发起连接请求
6.通信 数据收发
read/write
recv/send
recefrom/send_to
7.关闭套接字
close 套接字也就是一个文件描述符罢了
思考 在网络通信在，服务器和客户端 双方的通信流程图
1 socket
NAME socket - create an endpoint for communication SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include socket用来创建一个通信接口 int socket(int domain, int type, int protocol); @domain：指定域，协议族 AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7) unix域协议/本地协议栈 AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7) IPV4协议族 AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7) IPV6协议族 @type：指定套接字类型（选择传输层协议） SOCK_STREAM 流式套接字，面向TCP传输层协议 SOCK_DGRAM 数据报套接字，面向UDP传输层协议 SOCK_RAW 原始套接字 @protocol：协议，指定具体那个协议 一般为0，表示默认 返回值：成功返回一个整数，是一个套接字文件描述符 失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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2 bind
用于绑定服务器地址（IP+传输层协议+端口号）
NAME bind - bind a name to a socket SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include bind 绑定一个"名字”给socket（套接字描述符） int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); @sockfd：指定套接字描述符，就是socket的返回值 @addr:指向struct sockaddr 结构体指针，保存的是要绑定的地址 @addrlen:地址长度，即参数addr的长度，sizeof (struct sockaddr) 返回值：成功返回0，失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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关于网络应用的地址 =IP+传输层协议+端口号
在 头文件
中，定义了一个通用的网络应用地址结构体 struct sockaddr { sa_family_t sa_family;//指定协议栈，和socket函数的参数domain相同 char sa_data[14]; //数组保存网络应用地址（IP+传输层协议+端口号） }- 1
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上面这个结构体，并不是很好赋值和使用，一般在网络编程中，网络应用地址赋值可以采用定义在
/usr/include/netinet/in.h中的结构体 struct sockaddr_in
Structure describing an Internet socket address
以太网地址结构体
struct sockaddr_in { __SOCKADDR_COMMON (sin_);//协议栈 sin_family in_port_t sin_port; /* 端口号，网络上一般是大端模式，计算机一般是小端模式 */ struct in_addr sin_addr; /* 指定ip地址. typedef uint32_t in_addr_t; struct in_addr { in_addr_t s_addr; }; */ /* Pad to size of `struct sockaddr'. */ unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) - __SOCKADDR_COMMON_SIZE - sizeof (in_port_t) - sizeof (struct in_addr)]; };- 1
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eg:某个网络应用
ip 172.2.1.11
端口 6666
struct sockaddr_in addr;//定义一个网络应用地址结构体addr addr.sin_family=AF_INET;//协议族 addr.sin_port = htons(6666);//端口号是网络字节序，短整型 addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(172.2.1.11);//点分式IP转为32bit整数 int ret = 0;//返回值 ret = bind(sockfd,(struct sockaddr)&addr,sizeof(addr)); if(ret == -1) { perror("bind error"); return -1; } //bind 之后，进程就有了一个网络应用地址，能够进行网络通信- 1
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端口本地字节序转网络字节序
h host 主机
to 转换成
n network 网络
s short 16bit
l long 32bit
NAME htonl, htons, ntohl, ntohs - convert values between host and network byte order SYNOPSIS #includeuint32_t htonl(uint32_t hostlong); 将本地字节序转换成网络长整型 uint16_t htons(uint16_t hostshort); 将本地字节序转换成网络短整型 uint32_t ntohl(uint32_t netlong); 将网络字节序转换成本地长整型 uint16_t ntohs(uint16_t netshort); 将网络字节序转换成本地短整型 参数就是需要转换的数据 返回值就是转换之后的数据 - 1
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点分式ip与32bit ip的转换
NAME inet_aton, inet_addr, inet_network, inet_ntoa, inet_makeaddr, inet_lnaof, inet_netof - Internet address manipulation routines SYNOPSIS #include#include #include inet_addr是用来将cp指定的点分式ip转换成32bit整数ip返回 in_addr_t inet_addr(const char *cp); @cp 指针，指向要转换的点分式字符串ip 成功返回转换后的32bit整数 - 1
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网络通信
网络通信的实现—》 API（应用程序编程接口）
1.socket 创建一个套接字
2.bind 不动，将一个地址（网络应用地址：IP+传输协议+端口）与套接字绑定
3.listen 监听，用于设定服务器监听套接字（监听后就可以获得客户端的请求）
4.accpet 等待连接请求的到来
5.connect 用于发起连接请求
6.通信 数据收发
read/write
recv/send
recefrom/send_to
7.关闭套接字
close 套接字也就是一个文件描述符罢了
思考 在网络通信在，服务器和客户端 双方的通信流程图
1 socket
NAME socket - create an endpoint for communication SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include socket用来创建一个通信接口 int socket(int domain, int type, int protocol); @domain：指定域，协议族 AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7) unix域协议/本地协议栈 AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7) IPV4协议族 AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7) IPV6协议族 @type：指定套接字类型（选择传输层协议） SOCK_STREAM 流式套接字，面向TCP传输层协议 SOCK_DGRAM 数据报套接字，面向UDP传输层协议 SOCK_RAW 原始套接字 @protocol：协议，指定具体那个协议 一般为0，表示默认 返回值：成功返回一个整数，是一个套接字文件描述符 失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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2 bind
用于绑定服务器地址（IP+传输层协议+端口号）
NAME bind - bind a name to a socket SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include bind 绑定一个"名字”给socket（套接字描述符） int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); @sockfd：指定套接字描述符，就是socket的返回值 @addr:指向struct sockaddr 结构体指针，保存的是要绑定的地址 @addrlen:地址长度，即参数addr的长度，sizeof (struct sockaddr) 返回值：成功返回0，失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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关于网络应用的地址 =IP+传输层协议+端口号
在 头文件
中，定义了一个通用的网络应用地址结构体 struct sockaddr { sa_family_t sa_family;//指定协议栈，和socket函数的参数domain相同 char sa_data[14]; //数组保存网络应用地址（IP+传输层协议+端口号） }- 1
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上面这个结构体，并不是很好赋值和使用，一般在网络编程中，网络应用地址赋值可以采用定义在
/usr/include/netinet/in.h中的结构体 struct sockaddr_in
Structure describing an Internet socket address
以太网地址结构体
struct sockaddr_in { __SOCKADDR_COMMON (sin_);//协议栈 sin_family in_port_t sin_port; /* 端口号，网络上一般是大端模式，计算机一般是小端模式 */ struct in_addr sin_addr; /* 指定ip地址. typedef uint32_t in_addr_t; struct in_addr { in_addr_t s_addr; }; */ /* Pad to size of `struct sockaddr'. */ unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) - __SOCKADDR_COMMON_SIZE - sizeof (in_port_t) - sizeof (struct in_addr)]; };- 1
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eg:某个网络应用
ip 172.2.1.11
端口 6666
struct sockaddr_in addr;//定义一个网络应用地址结构体addr addr.sin_family=AF_INET;//协议族 addr.sin_port = htons(6666);//端口号是网络字节序，短整型 addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(172.2.1.11);//点分式IP转为32bit整数 int ret = 0;//返回值 ret = bind(sockfd,(struct sockaddr)&addr,sizeof(addr)); if(ret == -1) { perror("bind error"); return -1; } //bind 之后，进程就有了一个网络应用地址，能够进行网络通信- 1
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端口本地字节序转网络字节序
h host 主机
to 转换成
n network 网络
s short 16bit
l long 32bit
NAME htonl, htons, ntohl, ntohs - convert values between host and network byte order SYNOPSIS #includeuint32_t htonl(uint32_t hostlong); 将本地字节序转换成网络长整型 uint16_t htons(uint16_t hostshort); 将本地字节序转换成网络短整型 uint32_t ntohl(uint32_t netlong); 将网络字节序转换成本地长整型 uint16_t ntohs(uint16_t netshort); 将网络字节序转换成本地短整型 参数就是需要转换的数据 返回值就是转换之后的数据 - 1
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点分式ip与32bit ip的转换
NAME inet_aton, inet_addr, inet_network, inet_ntoa, inet_makeaddr, inet_lnaof, inet_netof - Internet address manipulation routines SYNOPSIS #include#include #include inet_addr是用来将cp指定的点分式ip转换成32bit整数ip返回 in_addr_t inet_addr(const char *cp); @cp 指针，指向要转换的点分式字符串ip 成功返回转换后的32bit整数 - 1
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3 listen
设置监听，用于监听网络上是否有客户端向“我”（服务器）发起链接请求
NAME listen - listen for connections on a socket SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include int listen(int sockfd, int backlog); @sockfd:指定要监听的套接字描述符 @backlog:监听数量，大于0就行了 返回值：成功返回0 失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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listen设置去监听套接字描述符，以便知道是否有人(客户端)向我(服务器)发起链接请求
但是listen只监听，不处理链接
Eg:
int ret = 0; ret = listen(sockfd,10); if (ret == -1) { perror("listen error"); }- 1
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4 accept
用于等待链接请求，并且处理链接请求
accpet会阻塞进程的运行，直到客户端向服务器发起了链接请求（客户端调用了connect)
NAME accept, accept4 - accept a connection on a socket SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); @sockfd:指定套接字描述符 @addr:指向struct sockaddr 结构体空间地址 用于存储客户端的地址 @addrlen:指socklen_t空间地址 addrlen参数在使用前，需要先赋值 参数addr的长度 因为在函数内部，会先利用addrlen的值来确保捕获导致内存溢出 返回值：成功返回一个非负数，该值是一个文件描述符===》链接套接字描述符 用于 服务器与链接的客户端的通信接口 也就是说服务器是提供accept的返回值 来收发客户端的消息 失败 返回-1，并且errno被设置 - 1
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eg:
struct sockaddr_in caddr;//用于保存客户端的地址 socklen_t caddr_len = sizeof(caddr);//保存客户端地址长度，使用前保存该地址空间的长度 int connfd = 0;//用于保存 链接套接字描述符 connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,$caddr_len); if(connfd == -1) { perror("accept error"); return -1; }- 1
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如果accept指向成功，则connfd就是服务器与客户端之间的通信接口
如果我们是多次调用accept，那么九年允许多个客户端连接，并且每个客户端连接上来后
服务器上都有一一对应的connfd
5 connect
用于客户端向服务器发起链接请求
NAME connect - initiate a connection on a socket SYNOPSIS #include/* See NOTES */ #include int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); @sockfd:指定套接字描述符 @addr:指定要连接的服务器的地址 @addrlen:addr的长度 返回值：成功返回0 失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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客户端调用 connect发起连接请求后，服务器的acceot接收到连接请求，并返回一个connfd用于服务器与客户端的通信接口
此时，客户端写入/发送数据给sockfd的数据就会通过网络传递给服务器的connfd
服务器就可以从connfd中读取/接收 这些数据
eg:
int ret = 0; struct sockaddr_in saddr; saddr.sin_family=AF_INET;//IPV4协议族 saddr.sin_port = htons(6666);//端口号是网络字节序，短整型 saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(172.2.1.110);//客户端的ip ret = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr，sizeof(saddr)); if (ret == -1) { perror("connect error"); return -1; }- 1
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6 数据收发
1 read/write
socket的网络通信，其利用的是文件描述符（符合Linux的设计哲学）
2 recv/send 接收/发送
recv 结束
NAME recv, recvfrom, recvmsg - receive a message from a socket SYNOPSIS #include#include recv用于从指定的套接字描述符中接收数据（同read) ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); @sockfd:指定套接字描述符，即从那个接收输入 @buf:指向一块缓存区，用于存储接收到的数据 @len：指定要接收的字节数 @flags:接收标志位 0 默认接收，带阻塞接收 如果能接收到数据就接收数据 如果不能接收到数据，就一直等待，直到接收到数据 MSG_DONTWAIT 不阻塞接收 如果能够接收到数据，则接收数据 如果不能接收到数据，则直接返回 返回值： >0 成功返回实际接收到的字节数 0 什么都没有接收到 -1 接收失败，并且errno被设置 - 1
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send 发送
NAME send, sendto, sendmsg - send a message on a socket SYNOPSIS #include#include send 用于向套接字描述符中发送数据 ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); @sockfd:指定套接字描述符，即发送到那里去 @buf:指向要发送的数据 @len:要发送的数据大小，单位字节 @flags:发送标志位 0 阻塞发送 MSG_DONTWAIT 非阻塞发送 返回值 成功返回实际发送的字节数(>=0) 失败返回-1 并且errno被设置 - 1
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3 recvfrom/sendto
从哪里接收/发送给谁
特点
recvfrom 可以保存是谁发送过来的数据（保存发送者的地址）
sendto 可以指定发送的对象（地址），定向发送
一般用于UDP通信，很少使用在TCP通信中？WHY?
因为TCP面向连接的通信，在通信前就已经要求通信双方建立连接
UDP是非连接的通信，所以他需要指定发送给谁，要保留发送者的地址
recvfrom
NAME recv, recvfrom, recvmsg - receive a message from a socket SYNOPSIS #include#include ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); @前面四个参数 同recv @src_addr:指向一个 struct sockaddr缓存区（地址），用于存储对方的地址 @addrlen:指向一个 socklen_t缓存区（地址）用于存储对方地址的长度 src_addr和addrlen的使用，参考accept函数 - 1
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sendto
NAME send, sendto, sendmsg - send a message on a socket SYNOPSIS #include#include ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); @前四个参数 同send @dest_addr：指向一个 struct sockaddr缓存区（地址），表示发送给谁 @addrlen：即dest_addr的长度 - 1
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4 recvmsg/sendmsg
以结构体的形式 发送数据/接收数据
7 关闭套接字
套接字： socket 套接字描述符
服务器：用于监听，看是否有客户端发起连接请求
客户端：用于客户端与服务器的通信接口
close 关闭套接字
shutdown
NAME shutdown - shut down part of a full-duplex connection SYNOPSIS #includeshutdown用于关闭一个链接通道 int shutdown(int sockfd, int how); @sockfd:指定套关闭那个链接通道 @how:怎样关闭 SHUT_RD 关闭读 SHUT_WR 关闭写 SHUT_RDWR 关闭读写 返回值：成功返回0 失败返回-1，并且errno被设置 - 1
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eg:我们搭建的服务器，只获取客户端的信息，而不用给客户端发送信息
则可以关闭链接套接字的写功能
shutdown(connfd,SHUT_WR); //connfd 就变成了只读- 1
结合已有函数和示例代码，查看流程图
尝试搭建一个TCP服务器
create_tcpserver 创建TCP服务器
1 创建socket套接字 网络通信接口
2 bind 绑定网络应用地址（便于其他应用找到本程序的通信接口）
3 listen 设置监听（内核监听是否有客户端向服务器发起连接请求）
mian
1 创建服务器 create_tcpserver
2 等待客户端的连接请求，并于客户端建立连接 accept的返回值connfd就是一个用来与客户端通信的描述符
（链接套接字描述符）
3 根据需求，编写与客户端的通信
案例：实现Ubuntu与开发板互相通信
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/xqmids99/article/details/133123341
