Linux 网络开发必学课程（一）网络编程的概念与模式、服务端编程初体验

1、网络编程的概念与模式

① 网络编程的本质

使用操作系统提供的接口函数，使得应用程序具备收发网络数据的能力。

• 网络接口在代码层面是操作系统提供的函数
  • 网络编程只是一系列系统函数的花式玩法
• 应用程序通过网络接口使用操作系统的联网能力
  • 网络编程是特定领域的C语言程序设计

② 网络编程核心概念

• 协议：为进行数据通信而预定义的数据规则
• 地址：网络通信中的用于标识设备的整数值
• 端口号：
  • 设备为收发数据而指定的数值，用于标识具体连接
  • 可理解为：设备中用于网络通信的数据通道
• 角色
  • 服务端：等待连接的设备
  • 客户端：发起连接的设备

③ 网络知识充电站

• 网址就是IP地址吗？ URL是什么，域名又是什么？
  • 网址不是IP地址(设备地址)，是网络信息资源的地址(如：具体网页的地址)，即：URL
  • 域名是IP地址的别名，多个域名可指向同一个IP地址( 域名和IP是映射关系； 通过DNS查询到IP，域名==>DNS==>IP地址 )
• 协议一定是看不懂的二进制数据吗？
  • 协议是一种约定，即：预先定义的规则
  • 协议可以基于文本定义，也可以基于二进制定义
• 小端系统
  • 采用小端模式(little-endian)的系统，即：数据低字节放在内存低地址中
• 大端系统
  • 采用大端模式(big-endian)的系统，即：数据低字节放在内存高地址中
• 
• 网络字节序
  • 网络字节顺序采用大端模式，所以：在小端系统中需要做字节序转换

④ 网络编程模式

⑤ 初探网络编程接口

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

⑥ 编写网络实验

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define JR_SUCCESS                       0
#define JR_FAILURE                      -1

int main()
{
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in addr = {0};
    char* tosend = "GET /index.html HTTP/1.1\nHOST: www.dt4sw.com\nUser-Agent: TEST\nConnection: close\n\n";
    int len = 0;
    char buf[128] = {0};
    int r = 0;

	// 准备网络连接 申请系统资源
    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if( sock == JR_FAILURE )
    {
        printf("socket error\n");
        return JR_FAILURE;
    }

	// 连接远程设备
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("47.99.217.175"); 	// inet_addr 字符串转为符合网络字节序的整型
    addr.sin_port = htons(80); 							// htons 本机字节序转换为网络字节序
    if( connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == JR_FAILURE )
    {
        printf("connect error\n");
        return JR_FAILURE;
    }

    printf("connect success\n");

    len = send(sock, tosend, strlen(tosend), 0);

    printf("send bytes = %d\n", len);

    len = 0;

    do
    {
        int i = 0;

        r = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);

        if( r > 0 )
        {
            len += r;
        }

        for(i=0; i<r; i++)
        {
            printf("%c", buf[i]);
        }

    } while ( r > 0 );

    printf("\n");
    printf("recv bytes = %d\n", len);

	// 关闭连接
    close(sock);

    return 0;
}

2、服务端编程初体验

① 客户端/服务端 编程模式 (c/s模型)

• 服务端长期暴露于网络，并等待客户端连接
• 客户端发起连接动作，并等待服务端回应
• 特点：
  • 服务端无法主动连接客户端
  • 客户端只能按照预定义的方式连接服务端

② 服务端编程模式

1. 准备网络连接
2. 绑定端口
3. 进入端口监听状态
4. 等待连接（当连接上时，返回与客户端通信的socket）

③ 服务端核心工作：绑定&监听&接收

        1. 绑定

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

        2. 监听

                int listen( int sock, int backlog ); // backlog：队列长度，服务几个客户端

        3. 接收（返回与客户端进行通信的socket）

                int accept( int sock, struct sockaddr* addr,socklen_t* addrlen );// 与客户端通信的socket

④ 深度剖析服务端

• 服务端socket只用于接收连接，不进行实际通信
• 当接收到连接时，accept()函数返回与客户端通信的socket
• 服务端socket产生用于通信的客户端socket

⑤ 深入理解 socket()函数

• socket()是什么?  本质是提供通信能力。
  • socket()是一个“多功能”函数
• socket()返回的又是什么?
  • socket()的返回值是用于通信的资源标识符
• socket()还能做什么?
  • socket()可提供不同类型的通信功能（本地进程间通信）

⑥ 客户端/服务端 编程的核心模式

• 服务端长时间运行（死循环）接收客户端请求
• 客户端连接后向服务端发送请求（协议数据)

⑦ 客户端/服务端 编程实验

1. 服务端持续监听客户端连接
2. 服务端被连接后echo客户端数据(echo：返回相同数据)
3. 服务端接收到quit后断开连接
4. 客户端接收用户输入并发送到服务端

⑧ 编程实验 ：客户端/服务端 编程实验

client

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in addr = {0};
    int len = 0;
    char buf[128] = {0};
    char input[32] = {0};
    int r = 0;

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if( sock == -1 )
    {
        printf("socket error\n");
        return -1;
    }

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("39.99.145.220");
    addr.sin_port = htons(8888);

    if( connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1 )
    {
        printf("connect error\n");
        return -1;
    }

    printf("connect success\n");

    while( 1 )
    {
        printf("Input: ");

        scanf("%s", input);

        len = send(sock, input, strlen(input) + 1, 0);

        r = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);

        if( r > 0 )
        {
            printf("Receive: %s\n", buf);
        }
        else
        {
            break;
        }
    }

    close(sock);

    return 0;
}

server

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int server = 0;
    struct sockaddr_in saddr = {0};
    int client = 0;
    struct sockaddr_in caddr = {0};
    socklen_t asize = 0;
    int len = 0;
    char buf[32] = {0};
    int r = 0;

    server = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if( server == -1 )
    {
        printf("server socket error\n");
        return -1;
    }

    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    saddr.sin_port = htons(8888);

    if( bind(server, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) == -1 )
    {
        printf("server bind error\n");
        return -1;
    }

    if( listen(server, 1) == -1 )
    {
        printf("server listen error\n");
        return -1;
    }

    printf("server start success\n");

    while( 1 )
    {
        asize = sizeof(caddr);

        client = accept(server, (struct sockaddr*)&caddr, &asize);

        if( client == -1 )
        {
            printf("client accept error\n");
            return -1;
        }

        printf("client: %d\n", client);

        do
        {
            r = recv(client, buf, sizeof(buf), 0);

            if( r > 0 )
            {
                printf("Receive: %s\n", buf);

                if( strcmp(buf, "quit") != 0 )
                {
                    len = send(client, buf, r, 0);
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }

        } while ( r > 0 );

        close(client);
    }
    
    close(server);

    return 0;
}