一、網(wǎng)絡(luò)編程介紹

c++編程的應(yīng)用場(chǎng)景在前面分析過(guò)，一個(gè)重要的方向就是網(wǎng)絡(luò)編程。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)者說(shuō)的服務(wù)端編程在c++方向上簡(jiǎn)單的可以認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)編程。首先需要說(shuō)明的，本系列不對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)展開(kāi)詳細(xì)的說(shuō)明，因?yàn)檫@種知識(shí)在書(shū)本上太多了。網(wǎng)絡(luò)上各種資料更是滿開(kāi)飛，沒(méi)有必要拷貝來(lái)拷貝去的。特別是一些協(xié)議等的解析說(shuō)明，如果不遇到特定的問(wèn)題不會(huì)深入分析說(shuō)明。
那么最應(yīng)該明白的網(wǎng)絡(luò)編程是什么？那么就得明白網(wǎng)絡(luò)是如何而來(lái)。網(wǎng)絡(luò)，從名字上很好理解，一張把“經(jīng)絡(luò)”連接起來(lái)的大網(wǎng)。不過(guò)這個(gè)經(jīng)絡(luò)不是人體中的“經(jīng)絡(luò)”而是一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以是虛擬的，也可以是物理的，也可以是混合的。它可以是一臺(tái)電腦，一個(gè)手機(jī)，一個(gè)終端，也可以是一個(gè)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)等等。
計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)中算是比較早期的一種技術(shù)了，在60年代的中期就已經(jīng)開(kāi)始在實(shí)際應(yīng)用了。但真正的普及是美國(guó)的國(guó)防用網(wǎng)絡(luò)。早期學(xué)習(xí)電腦的或者看過(guò)早期電影的，都聽(tīng)說(shuō)過(guò)某某黑客特別厲害，進(jìn)入了五角大樓的網(wǎng)絡(luò)，盜取了不少軍事資料。可以這樣講，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也是從美國(guó)開(kāi)始興起的，然后在全世界開(kāi)始普及。這也解釋了為什么現(xiàn)在最牛的互聯(lián)網(wǎng)公司基本都在美國(guó)的一個(gè)重要原因。比如耳熟能詳?shù)墓雀?、微軟、臉?shū)以及推特等等。
隨著PC的出現(xiàn)和發(fā)展，局域網(wǎng)（LAN）出現(xiàn)。美國(guó)Xerox公司首先推出了Ethernet網(wǎng)，慢慢其成為了一種標(biāo)準(zhǔn)，大家都稱現(xiàn)在的局域網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)。有了局域就會(huì)有廣域網(wǎng)WAN。不過(guò)需要說(shuō)明的是，所謂局域與廣域是一個(gè)相對(duì)概念，請(qǐng)大家一定要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景來(lái)確定。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)其實(shí)就是處理PC間連接通信的技術(shù)。從物理上講，如何識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的PC，如何與其它PC交換數(shù)據(jù)等等。首先需要用物理導(dǎo)線將各個(gè)PC連接起來(lái)，一開(kāi)始是電纜，后來(lái)光纜，再后來(lái)又有無(wú)線技術(shù)。然后還要有路由器和交換機(jī)把數(shù)據(jù)將有的傳送到指定的PC。而為了實(shí)現(xiàn)上述的功能，就需要一系列的通信標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議。這就引出了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的五層模型（七層就是個(gè)學(xué)術(shù)的東西，沒(méi)啥實(shí)際應(yīng)用的意義）。而這個(gè)模型中，則包含是最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)編程中的TCP/IP、UDP、HTTP等最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)?；蛘哒f(shuō)的不準(zhǔn)確一些，對(duì)大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)編程人員來(lái)說(shuō)，就是TCP/IP和UDP編程。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中，HTTP則更為普及的被使用。至于其它的技術(shù)，基本都是相當(dāng)專業(yè)的人員或者特定領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者才會(huì)使用。

二、基本知識(shí)

這里不談?shì)^老的技術(shù)和很新的技術(shù)，比如QUIC和HTTP3等。在網(wǎng)絡(luò)編程中，可以分成兩大類應(yīng)用，即B/S開(kāi)發(fā)和C/S開(kāi)發(fā)（P2P以后專門講），這里只談C/S開(kāi)發(fā)。即本系列主要針對(duì)C/S開(kāi)發(fā)中的TCP/IP編程以及UDP的編程。只要掌握了它們的編程，其它的編程基本都差不多。在TCP/IP和UDP編程中，需要掌握一些基本的知識(shí)：
1、服務(wù)器
這個(gè)概念是一個(gè)非常容易混淆的概念，一定要區(qū)別在不同的語(yǔ)境和環(huán)境下的定義。在網(wǎng)絡(luò)編程的語(yǔ)境下，一般是指承載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件的服務(wù)器電腦（硬件）。它可以分成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部自用，比如路由器、交換機(jī)等也可以只提供某種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的電腦如打印服務(wù)器、郵箱服務(wù)器等。
2、服務(wù)端
服務(wù)端或服務(wù)端軟件，也可以叫網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在特定到C/S編程中，就是指提供連接服務(wù)的程序。一般來(lái)說(shuō)，服務(wù)端是被接收連接的。
3、客戶端
客戶端在C/S編程中指發(fā)起連接的一端。
4、協(xié)議棧
協(xié)議棧（Protocol stack），又稱協(xié)議堆疊，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議套件的一個(gè)具體的軟件實(shí)現(xiàn)。
5、伯克利套接字
伯克利套接字（Berkeley sockets），也稱為BSD Socket。其是一種使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)編程抽象接口。現(xiàn)在幾乎成為了互聯(lián)網(wǎng)通信的標(biāo)準(zhǔn)接口。
6、五元組和三元組：
五元組包括：源IP地址，源端口，目的IP地址，目的端口和傳輸層協(xié)議。這等同于現(xiàn)實(shí)世界中的人和人之間的通信地址。
7、協(xié)議族
socket函數(shù)中的第一個(gè)參數(shù)中意義，也叫協(xié)議域。通常有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等。協(xié)議族確定socket的地址類型，即雙方必須使用相同的通信類型才可以進(jìn)行以通信。如常見(jiàn)的AF_INET需要用32位（類似192.168.0.1）ipv4地址與16位端口號(hào)（最大65535）的組合、AF_UNIX需要用一個(gè)絕對(duì)路徑名作為地址。

當(dāng)然，還有很多的基礎(chǔ)性的知識(shí)和名詞術(shù)語(yǔ)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個(gè)發(fā)展了很多年的技術(shù)，它既成熟又年輕。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，當(dāng)有一個(gè)人說(shuō)他是搞服務(wù)端編程的，如何確定他的技術(shù)棧？其實(shí)這個(gè)定義非常難確定，網(wǎng)上一些大牛的說(shuō)明其實(shí)也不能夠完全覆蓋相關(guān)的內(nèi)容，即他們的定義也是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹５珒H從經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí)來(lái)推斷，特定到C/c++中，它一般是指TCP/IP編程的相關(guān)技術(shù)棧（當(dāng)然，它也不嚴(yán)謹(jǐn)）。
再舉一個(gè)實(shí)際的例子，大家去品一下上面這段話，至于能理解多少看自身了。在某電力部門，要求把服務(wù)端程序部署在終端上，把客戶端程序部署在服務(wù)器上。客戶端要24*7運(yùn)行，服務(wù)端可以允許斷線。
注意：再次說(shuō)明，本系列不是對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的詳細(xì)分析說(shuō)明，是對(duì)c++在網(wǎng)絡(luò)編程上的應(yīng)用分析說(shuō)明，所以只對(duì)相關(guān)的一些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行指出和簡(jiǎn)要的說(shuō)明。更多的相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)自行查閱下面提供的書(shū)籍和資料！

三、簡(jiǎn)單示例

雖然網(wǎng)絡(luò)編程的例子多之又多，但這里還是要給一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：
服務(wù)端：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int server_fd, new_socket;struct sockaddr_in address;int opt = 1;int addrlen = sizeof(address);char buffer[1024] = {0};const char* msg = "hello moto！";//創(chuàng)建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}//設(shè)置選項(xiàng)if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {perror("setsockopt");exit(EXIT_FAILURE);}//地址設(shè)置address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons( 8888 );//綁定端口if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0) {perror("bind err");exit(EXIT_FAILURE);}//監(jiān)聽(tīng)if (listen(server_fd, 5) < 0) {perror("listen");exit(EXIT_FAILURE);}//接受連接if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) {perror("accept err!");exit(EXIT_FAILURE);}send(new_socket , msg , strlen(msg) , 0 );printf("send msg ...\n");memset(buffer, '\0' , 1024);int ret = recv( new_socket , buffer, 1024,0);printf("%s\n",buffer );return 0;
}

客戶端：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int sock = 0, ret;struct sockaddr_in serv_addr;const char* msg = "hello !";char buffer[1024] = {0};//創(chuàng)建socketif ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {printf("\n Socket  error \n");return -1;}serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(8888);//轉(zhuǎn)換地址if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0) {printf("\n Invalid address  \n");return -1;}//連接serverif (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {printf("\n Connection err \n");return -1;}send(sock , msg , strlen(msg) , 0 );printf("send msg !\n");ret = recv( sock , buffer, 1024,0);printf("%s\n",buffer );return 0;
}

寫這種測(cè)試的小例程有一個(gè)需要注意的地方，客戶端發(fā)送完成后，不要立即退出，否則可能服務(wù)端收不到相關(guān)的消息。

四、推薦的資料和書(shū)籍

一如在VC編程上侯捷教師是一個(gè)令開(kāi)發(fā)者仰望的山峰，在網(wǎng)絡(luò)編程也有很多更高的高峰。比如常見(jiàn)的推薦的《TCP/IP詳解》三卷和《Unix網(wǎng)絡(luò)編程》兩卷的作者W. Richard Stevens（當(dāng)然他寫的APUE也相當(dāng)?shù)某雒?#xff09;。不過(guò)這些書(shū)的缺點(diǎn)也有，就是太老了。導(dǎo)致一些技術(shù)已經(jīng)落后而一些新技術(shù)沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。其它國(guó)外的還有不少就不一一列舉。國(guó)內(nèi)也有幾個(gè)比較有名氣的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)者，限定到本文這個(gè)場(chǎng)景非常推薦MUDUO庫(kù)的作者陳碩。當(dāng)然就像江湖中一樣，肯定還有很多高手隱身不出。
學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程的書(shū)籍非常多，比如CSDN的孟巖大佬的“四書(shū)五經(jīng)”之說(shuō)就是為多數(shù)大牛推薦的。這里簡(jiǎn)單羅列一下：
1、TCP/IP詳解（三卷）（TCP/IP Illustrated）
2、Unix網(wǎng)絡(luò)編程（兩卷）（UNIX Network Programming）
3、TCP/IP高級(jí)編程（Effective TCP/IP Programming）
4、C++網(wǎng)絡(luò)編程（兩卷）（C++ Network Programming）
雖然這些書(shū)籍非常不錯(cuò)，但對(duì)于初學(xué)者未必就合適，也推薦一些比較容易借鑒學(xué)習(xí)的書(shū)籍：
1、《Linux多線程服務(wù)端編程》 陳碩
2、《Linux高性能服務(wù)端編程》 游雙
3、《Windows網(wǎng)絡(luò)與通信程序設(shè)計(jì)》 王艷平
并不是說(shuō)其它的書(shū)籍不值得推薦，是覺(jué)得這幾本書(shū)更容易被學(xué)習(xí)和接受。至于網(wǎng)絡(luò)上的資料就更多了，如陳碩、原網(wǎng)易的云風(fēng)等人的BLOG都非常值得一看。個(gè)人的建議是，要根據(jù)自己的實(shí)際情況來(lái)決定學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的路線，不要人云亦云。大牛們給的建議可能對(duì)大多數(shù)人都是非常好的，但具體到某些個(gè)體，可能會(huì)有所不妥。大家要知道如何不斷的根據(jù)大牛們的建議因地制宜的學(xué)習(xí)。
另外在網(wǎng)上還存在著大量的網(wǎng)絡(luò)框架如C++網(wǎng)絡(luò)編程中的ACE，還有l(wèi)ibevent,libuv,libev,libeio,libhv,asio,poco等等。畢竟網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是一個(gè)非常高頻的應(yīng)用，也是很多開(kāi)發(fā)者想登頂?shù)南Ｍ?br /> 其實(shí)還有很多應(yīng)用程序中也有非常好的例子，比如REDIS，有時(shí)間推薦看看內(nèi)部如何跨平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端的編程。

五、總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)編程是一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用，一般來(lái)說(shuō)，很難在一兩年內(nèi)達(dá)到熟練掌握的程度，更不要談精通了。通常，把基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)學(xué)習(xí)完成，頭腦中有一個(gè)相對(duì)完整的網(wǎng)絡(luò)編程概念，然后在實(shí)際應(yīng)用中不斷的加以印證，才能更快更好的掌握網(wǎng)絡(luò)編程。
網(wǎng)絡(luò)編程其實(shí)是一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用易，復(fù)雜應(yīng)用極難的技術(shù)。它不僅是涉及到網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的技術(shù)，還包括內(nèi)存管理、多線（進(jìn)）程以及異步編程等很多技術(shù)，甚至是否需要跨平臺(tái)跨系統(tǒng)等。對(duì)大多數(shù)開(kāi)發(fā)者言，網(wǎng)絡(luò)編程的應(yīng)用一般都是比較簡(jiǎn)單的應(yīng)用，并發(fā)通常也就是十個(gè)量級(jí)左右，而且經(jīng)常類似于交互式通信那種情況。對(duì)多線程和異步的要求不高甚至沒(méi)有，對(duì)內(nèi)存管理和效率的要求也不嚴(yán)格。
但當(dāng)真正到了C10K以上的編程時(shí)，復(fù)雜程度立刻便上來(lái)，導(dǎo)致很多開(kāi)發(fā)者沒(méi)有一個(gè)過(guò)渡便直面這些復(fù)雜的應(yīng)用。也就是說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)編程大多數(shù)的編程場(chǎng)景是要么簡(jiǎn)單，要么復(fù)雜，中等的開(kāi)發(fā)場(chǎng)景非常少。而且從設(shè)計(jì)上考慮，一旦到了中等的場(chǎng)景，優(yōu)秀的架構(gòu)師通常會(huì)考慮擴(kuò)展的情況下設(shè)計(jì)成更為復(fù)雜的框架結(jié)構(gòu)。
復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)編程，導(dǎo)致很多的框架的出現(xiàn)，而這些框架的出現(xiàn)更是切斷了大多數(shù)開(kāi)發(fā)者對(duì)背后復(fù)雜結(jié)構(gòu)的理解，導(dǎo)致一個(gè)從初級(jí)網(wǎng)絡(luò)編程到高級(jí)網(wǎng)絡(luò)編程的連續(xù)而完整的流程，即要么只會(huì)簡(jiǎn)單的編程，要么只會(huì)在框架下完成各種場(chǎng)景的應(yīng)用。
更何況，網(wǎng)絡(luò)編程的實(shí)際要求仍然在不斷的增長(zhǎng)，這也是前面分析DPDK和XDP等的一些重要原因。換句話說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)編程的技術(shù)仍然在不斷的進(jìn)步。所以，不斷的學(xué)習(xí)才能保證在網(wǎng)絡(luò)編程的方向上有更大的發(fā)展。