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）

梦里梦外; 2024-02-21 10:03 31阅读 0赞

**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

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## 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。

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## **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 ##

//服务器代码
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <string.h>
    
    int main(void)
    {
    	//1>创建socket套接字
    	int serfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//1.选IPv4,2选TCP，3默认0
    	if(serfd<0)	//错误判断
    	{
    		perror("socket");
    		return -1;
    	}
    	printf("创建出的socket的值为%d\n",serfd);
    	//2>绑定自己的IP地址和端口号
    	struct sockaddr_in my_addr;
    	my_addr.sin_family = AF_INET;//IPv4
    	my_addr.sin_port = htons(8888);//将linux小端转系统的大端
    	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
    	int ret;
    	ret = bind(serfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
    	//第二参将同族结构体强转为函数需要的结构体类型
    	if(ret<0)	//错误判断
    	{
    		perror("bind");
    		return -1;
    	}
    	printf("serfd网络属性已成功配置！\n");
    	//3>监听
    	ret = listen(serfd,8);
    	if(ret<0)	//错误判断
    	{
    		perror("listen");
    		return -1;
    	}
    	printf("监听已启动，保护服务器中^-^\n");
    	//4>等待客户端连接 阻塞
    	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
    	if(clifd<0)	//错误判断
    	{
    		perror("accept");
    		return -1;
    	}
    	printf("创建出与客户端通信的文件描述符值为%d\n",clifd);
    	printf("有客户连接进来了！\n");
    	//5>数据的接收
    	char buf[30];
    	while(1)
    	{
    #if 0
    		bzero(buf,sizeof(buf));
    		ret = recv(clifd,buf,sizeof(buf),0);//阻塞
    		printf("客户端说:%s\n",buf);
    #endif
    		bzero(buf,sizeof(buf));
    		ret = recv(clifd,buf,sizeof(buf),0);//阻塞
    		if(ret<0)
    		{
    			perror("recv");
    			return -1;
    		}else if(ret == 0)
    		 {
    			 printf("客户带着小姨子跑了！\n");
    			 return -1;
    		 }else
    		  {
    			printf("客户端说:%s\n",buf);
    		  }
    	}
    	//6>关闭套接字
    	close(serfd);
    	close(clifd);
    	return 0;
    }

//客户端代码
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <string.h>
    
    int main(void)
    {
    	//1>创建socket套接字
    	int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    	if(sockfd<0)
    	{
    		perror("socket");
    		return -1;
    	}
    	printf("创建出的socket的值为%d\n",sockfd);
    	//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");
    	printf("已经声明服务器的IP地址和端口号！\n");
    	//3>主动连接服务器
    	int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
    	if(ret<0)
    	{
    		perror("connect");
    		return -1;
    	}
    	printf("连接服务器成功，请进行操作！\n");
    	//4>数据发送
    	char buf[30];
    	while(1)
    	{
    		bzero(buf,sizeof(buf));
    		scanf("%s",buf);
    		send(sockfd,buf,strlen(buf),0);	
    	}
    	
    	//5>关闭文件描述符
    	close(sockfd);
    	return 0;
    }

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## 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！