目錄

前提知識

1. 理解源ip，目的ip和Macip

2. 端口號

3. 初識TCP，UDP協(xié)議

4.?網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

5. socket 編程

sockaddr類型?

一，基于udp協(xié)議編程?

1. socket——創(chuàng)建套接字

2. bind——將套接字強綁定?

3. recvfrom——接受數(shù)據(jù)

4. sendto——發(fā)出信息

?遇到的問題

（1. 云服務(wù)器中以及無法分配IP問題

（2. IP：127.0.0.1更深層次的認(rèn)識

（3. 關(guān)于服務(wù)端bind的優(yōu)化

源碼

二，基于tcp協(xié)議編程

1. listen——服務(wù)端監(jiān)聽

2. accept——服務(wù)端接收

3. connect——客戶端請求

4. send & recev

三，基于TCP協(xié)議實現(xiàn)的線程池的服務(wù)端對客戶端進行相互通信小項目

結(jié)構(gòu)圖一覽

源碼?

1. 單進程處理

2.?子進程處理

2.1.?孫子進程處理

3. 多線程處理

4. 線程池處理

下期：TCP協(xié)議原理

結(jié)語

嗨！收到一張超美的風(fēng)景圖，愿你每天都能順心！?

前提知識

1. 理解源ip，目的ip和Macip

數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)上傳輸，經(jīng)過多個路由器，Mac地址多次封裝解包是變化的(可以理解為數(shù)據(jù)的下一個主機地址)，而源ip，尤其是目的ip一般是不會改變。

2. 端口號

理解：假設(shè)客戶發(fā)送操作在終端應(yīng)用為A，在另一臺機器的服務(wù)器應(yīng)用為B，A向B發(fā)送操作請求，本質(zhì)上是不同機器之間進程間通信，請求數(shù)據(jù)經(jīng)過封裝，傳遞，解包后，B所在的操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)根據(jù)端口號，交給那個進程處理。

同理，我們就能理解源端口號，就是發(fā)出數(shù)據(jù)的進程；目的端口號，處理數(shù)據(jù)的進程 。

因此，IP地址 + 端口號能夠標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的唯一臺主機的唯一一個進程;

注意：

1.一個進程可以有多個端口號綁定，但一個端口不能被多個進程綁定。

2. pid是系統(tǒng)管理進程的唯一標(biāo)識符，與端口號沒有聯(lián)系。

同時，{IP地址 + 端口號}的模式被叫做套接字，網(wǎng)絡(luò)通信用套接字的方法實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)編程，也可以被叫做套接字編程。

3. 初識TCP，UDP協(xié)議

首先我們來找找他們傳輸層上的這兩協(xié)議

?

這里我們只了解兩協(xié)議的特點，具體我們后面再結(jié)合場景理解?

各自特點：

TCP(Transmission Control Protocol 傳輸控制協(xié)議)

• 傳輸層協(xié)議
• 有連接（是否需要手動連接）——神似打電話
• 可靠傳輸（對數(shù)據(jù)包檢測，丟包重傳等等）
• 面向字節(jié)流（后面再提）

UDP(User Datagram Protocol 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)

• 傳輸層協(xié)議
• 無連接（不用連接就可以發(fā)送）——神似發(fā)郵件
• 不可靠傳輸（不關(guān)心是否丟包）
• 面向數(shù)據(jù)報（后面再說）

4.?網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

說到字節(jié)序，我們是否想到C語言中學(xué)過的大小端字節(jié)序，那個是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲方式。（大小端可參見：整型，浮點型深刻理解【C語言】【整型 || 原，反，補碼 || 浮點型 || 大小端字節(jié)序】_小端浮點數(shù)-CSDN博客）

現(xiàn)在我們討論的則是數(shù)據(jù)在向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時，是從低字節(jié)向高地址發(fā)送（小端），還是從高字節(jié)向高地址發(fā)送（大端）。

• 發(fā)送主機通常將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按內(nèi)存地址從低到高的順序發(fā)出;
• 接收主機把從網(wǎng)絡(luò)上接到的字節(jié)依次保存在接收緩沖區(qū)中,也是按內(nèi)存地址從低到高的順序保存;
• 因此,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的地址應(yīng)這樣規(guī)定:先發(fā)出的數(shù)據(jù)是低地址,后發(fā)出的數(shù)據(jù)是高地址.
• TCP/IP協(xié)議規(guī)定,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流應(yīng)采用大端字節(jié)序,即低地址高字節(jié).
• 不管這臺主機是大端機還是小端機, 都會按照這個TCP/IP規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序來發(fā)送/接收數(shù)據(jù);
• 如果當(dāng)前發(fā)送主機是小端, 就需要先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成大端; 否則就忽略, 直接發(fā)送即可

為使網(wǎng)絡(luò)程序具有可移植性 , 使同樣的C代碼在大端和小端計算機上編譯后都能正常運行,可以調(diào)用以下庫函數(shù)做網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序和主機字節(jié)序的轉(zhuǎn)換：

意思是：以htonl（）為例，主機字節(jié)轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，返回數(shù)據(jù)。

5. socket 編程

首先我們先簡單了解常用的三中套接字：

1. 域用socket? ? ? (基于網(wǎng)絡(luò)socket下的本地模式，類似于命名管道，可參見：進程通信知識基礎(chǔ)【Linux】——下篇【命名管道，共享內(nèi)存，信號量初識】-CSDN博客
2. 原始socket? ? ?（一般用于一些工具制作——跳過傳輸層協(xié)議直接用于網(wǎng)絡(luò)層，甚至數(shù)據(jù)鏈路層）
3. 網(wǎng)絡(luò)socket? ?

// 創(chuàng)建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客戶端 + 服務(wù)器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 綁定端口號 (TCP/UDP, 服務(wù)器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
// 開始監(jiān)聽socket (TCP, 服務(wù)器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收請求 (TCP, 服務(wù)器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
// 建立連接 (TCP, 客戶端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockaddr類型?

一，基于udp協(xié)議編程?

1. socket——創(chuàng)建套接字

?返回值：文件描述符作為返回值

?domain: 設(shè)置套接字類型（網(wǎng)絡(luò)通信，還是本地通信）

protocol: 一般根據(jù)前兩參數(shù)就決定好了，設(shè)置為0即可。?

2. bind——將套接字強綁定?

// 綁定端口號 (TCP/UDP, 服務(wù)器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

        // 2.讓操作系統(tǒng)將該進程與我們的套接字進行強綁定，以便內(nèi)核中我們信息的獲取struct sockaddr_in local;// 全0填充,可以用memset，bzerobzero(&local, sizeof bzero);local.sin_family = AF_INET; // 設(shè)置通信類型// 服務(wù)器的ID和端口未來是要將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)就需要修改為大端。local.sin_port = htons(_port); // 對IP地址補充：// 常見的是"192.234.222.111"——點分十進制字符串風(fēng)格的IP地址，目的：用戶方便觀察// 分成四個領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都是[0~255],也就是2^8,1字節(jié)，所以IP,4字節(jié)可以完全表示// 如果網(wǎng)絡(luò)以上面字符串形式傳輸就是15字節(jié)，所以需要15字節(jié) <-> 4字節(jié)（網(wǎng)絡(luò)）local.sin_addr.s_addr =  inet_addr(_id.c_str()); //4字節(jié)的ID也需要修改if (bind(socket_, (sockaddr*)&local, sizeof local) < 0){Logmessage(FATIL, "%d:%s\n", errno, strerror(errno));}

        //服務(wù)器啟動int start(){char buf[1024];while (1){//1.接受信息struct sockaddr_in peer;bzero(&peer, sizeof peer);socklen_t len = sizeof peer;ssize_t s_len = recvfrom(socket_, buf, (sizeof buf) - 1, 0, (struct                     sockaddr*)&peer, &len);if (s_len > 0){buf[s_len] = 0; // 協(xié)議分析，這里我們先不說//解析發(fā)送目標(biāo)uint16_t send_port = ntohs(peer.sin_port);std::string send_id = inet_ntoa(peer.sin_addr);printf("發(fā)送方 id:[%s] port:[%d]:%s\n",send_id.c_str(), send_port, buf);}//2.分析信息 //3.發(fā)出信息,我們選擇發(fā)送回sendto(socket_, buf, sizeof buf, 0, (struct sockaddr*)&peer, len);}   }

?修改方法：在添加IP地址時，將IP修改為任意IP即可。

宏 ： INADDR_ANY? 本質(zhì)上就是0

關(guān)于在Windows下使用客戶端

? ? ? ? 上面創(chuàng)建的客戶端都是linux下的客戶端，如果我們想在Windows下使用， -phread這個第三方庫就用不了，而客戶端就要更改源碼庫，使用window的網(wǎng)絡(luò)套接字接口，但好在幾乎類似，最后在VS本地運行即可。

自己實現(xiàn)的類一定要進行備注使用方法，返回值類型，以免代碼復(fù)用時，出現(xiàn)返回值類型問題！！（別問我為啥要單獨寫一行，因為在轉(zhuǎn)類型時，轉(zhuǎn)錯了，一直段錯誤，人都傻了，結(jié)果后面發(fā)現(xiàn)，原來是自己實現(xiàn)類的用法忘記了，害，一個早上的教訓(xùn)啊）

源碼

下面的源碼介紹：cline端：基于多線程將送，收消息分離； service端：不綁定特定IP，實現(xiàn)接收，并回發(fā)消息。?

udb_socket簡單聊天室源碼：NetworkProgramming · 逆光/Linux - 碼云 - 開源中國 (gitee.com)

二，基于tcp協(xié)議編程

1. listen——服務(wù)端監(jiān)聽

?

功能：listen接口是用于創(chuàng)建一個被動的套接字，用于監(jiān)聽傳入的連接請求的接口。當(dāng)一個套接字調(diào)用listen接口后，它將開始接受傳入的連接請求，并將這些請求排隊，等待被接受或拒絕。（就像一個飯店的外面的拉客人）

sockfd：監(jiān)聽用的套接字

backlog:?指定在拒絕新連接之前，操作系統(tǒng)可以排隊等待的最大連接數(shù)量。

返回值：0成功，-1失敗。

2. accept——服務(wù)端接收

功能：accept()函數(shù)會在sockfd套接字上接受一個傳入的連接請求（阻塞式接收），并返回一個新的套接字描述符，用于和客戶端進行通信。同時，addr和addrlen參數(shù)會被填充上客戶端的地址信息。

        //1. 接受請求struct sockaddr_in send_;  //請求方信息bzero(&send_, sizeof send_);socklen_t len = sizeof send_;// accept會等待請求方申請，會處于阻塞狀態(tài)int actual_socket = accept(listen_socket_, (sockaddr*)&send_, &len);if ( actual_socket < 0 ){Logmessage(FATIL, "accept fail%d %s", errno, strerror(errno));continue;}

3. connect——客戶端請求

在調(diào)用 connect() 函數(shù)后，系統(tǒng)會嘗試連接到指定的服務(wù)器地址。（多客戶端向服務(wù)端進行連接）

成功，返回值為0；如果連接失敗，返回值為-1，并且可以通過 errno 變量獲取具體的錯誤信息。

     // 1.保留目標(biāo)信息struct sockaddr_in goal_service;bzero(&goal_service, sizeof goal_service);goal_service.sin_family = AF_INET;goal_service.sin_port = htons(atoi(args[2]));goal_service.sin_addr.s_addr = inet_addr(args[1]);// 2.建立連接if (connect(cline_socket, (sockaddr*)&goal_service, sizeof goal_service) < 0){Logmessage(FATIL, "cline connect fail %d %s", errno, strerror(errno));exit(1);}

4. send & recev

功能：?send()函數(shù)將數(shù)據(jù)從buf緩沖區(qū)發(fā)送到已連接的套接字或者未連接的套接字(后者的UDP多用sendto)

• sockfd：要發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字描述符。
• flags：傳遞給send()函數(shù)的標(biāo)志參數(shù)，通常為0
• 返回值：成功，返回字節(jié)數(shù)；失敗，-1

功能：recv()函數(shù)會阻塞程序，直到接收到足夠的數(shù)據(jù)或發(fā)生錯誤。

sockfd：指定要接收數(shù)據(jù)的套接字描述符。

flags：指定接收數(shù)據(jù)的附加選項，通常為0。

返回值：成功，字節(jié)數(shù)；0，連接關(guān)閉；異常，-1。

三，基于TCP協(xié)議實現(xiàn)的線程池的服務(wù)端對客戶端進行相互通信小項目

結(jié)構(gòu)圖一覽

我的體會，客戶端以及服務(wù)端的設(shè)計，在UDP設(shè)計中基本已經(jīng)寫過了，TCP只是有一些小改動；然后就是線程池也是直接使用了，前面我們所寫的線程池小項目，總體來說考驗我們的代碼整合能力吧。

源碼?

線程池小項目：Tcp_NetworkProgramming · 逆光/Linux - 碼云 - 開源中國 (gitee.com)

有人會說，萬一我不想用線程池來實現(xiàn)服務(wù)端處理客戶端的請求呢？而是使用一些比較小型的呢？答：有，而且不止幾種

首先我們?yōu)槭裁匆镁€程池這個結(jié)構(gòu)？

答: 服務(wù)端不能一次只接受一個客戶端的請求，所以需要其他結(jié)構(gòu)(子進程或多線程)來滿足客戶端的服務(wù)，主線程只要接收請求，分配任務(wù)即可。

服務(wù)端處理客戶端請求方法——由簡到密

1. 單進程處理

       void start(){signal(SIGCHLD, SIG_IGN);//循環(huán)接受信息while (1){//1. 接受請求struct sockaddr_in send_;  //請求方信息bzero(&send_, sizeof send_);socklen_t len = sizeof send_;// accept會等待請求方申請，會處于阻塞狀態(tài)int actual_socket = accept(listen_socket_, (sockaddr*)&send_, &len);if ( actual_socket < 0 ){Logmessage(FATIL, "accept fail%d %s", errno, strerror(errno));continue;}// 連接成功std::string send_ip = inet_ntoa(send_.sin_addr);uint16_t send_port = ntohs(send_.sin_port);Logmessage(NOWAIN, "連接成功,客戶端為 ip:%s 端口號：%d", send_ip.c_str(), send_port);// (1.0)服務(wù)器處理信息——單進程版本// //2. 分析處理數(shù)據(jù)server_dispose(actual_socket, send_ip, send_port);

? 缺點：無法滿足服務(wù)器多客戶端連接

2.?子進程處理

        // 連接成功std::string send_ip = inet_ntoa(send_.sin_addr);uint16_t send_port = ntohs(send_.sin_port);Logmessage(NOWAIN, "連接成功,客戶端為 ip:%s 端口號：%d", send_ip.c_str(), send_port);// (2.0) 優(yōu)化——子進程版本pid_t pd = fork();if (pd == 0){//2. 分析處理數(shù)據(jù)close(listen_socket_); //子進程拷貝一份父進程的文件描述服表server_dispose(actual_socket, send_ip, send_port);exit(0);}close(actual_socket); // 子進程里保留了該文件描述符，父進程已經(jīng)不需要了// 按照曾經(jīng)的理解，現(xiàn)在應(yīng)該讓父進程進行等待子進程，但多少都存在些問題。// 1. waitpid阻塞式等待，不就跟單線程一樣？// 2. 非阻塞式等待，需要構(gòu)建子進程管理結(jié)構(gòu)比較麻煩，而且我們不需要關(guān)心子進程的返回情況。// 因此我們可以采用信號知識，忽略子進程返回。// 操作細則：在service啟動時 signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

2.1.?孫子進程處理

        // 連接成功std::string send_ip = inet_ntoa(send_.sin_addr);uint16_t send_port = ntohs(send_.sin_port);Logmessage(NOWAIN, "連接成功,客戶端為 ip:%s 端口號：%d", send_ip.c_str(), send_port);// (2.1) ———— 子進程退出，孫子進程讓1接管pid_t pd = fork();if (pd == 0){//2. 分析處理數(shù)據(jù)close(listen_socket_); //子進程拷貝一份父進程的文件描述服表if (fork() > 0) exit(0); // 孫子進程變成孤兒進程，讓bash接管server_dispose(actual_socket, send_ip, send_port);exit(0);}waitpid(pd, nullptr, 0); // 子進程進入立馬退出，父進程幾乎不阻塞等待

缺點：雖然滿足了服務(wù)端可以同時滿足多個客戶端連接，但是進程的創(chuàng)建會比較大的開銷 。?

3. 多線程處理

static void* pth_service(void* args){PthreadData* data = static_cast<PthreadData*>(args);// 進來先剝離線程，這樣主線程不用等待返回pthread_detach(pthread_self());server_dispose(data->_actual_socket, data->_ip, data->_port);close(data->_actual_socket);delete data;return nullptr;}..........// 連接成功std::string send_ip = inet_ntoa(send_.sin_addr);uint16_t send_port = ntohs(send_.sin_port);Logmessage(NOWAIN, "連接成功,客戶端為 ip:%s 端口號：%d", send_ip.c_str(), send_port);// (3.0) ———— 多線程版本pthread_t it = -1;  // 線程的標(biāo)識號先默認(rèn)為1，后面在設(shè)置。PthreadData* data =  new PthreadData;data->_ip = send_ip;data->_port = send_port;data->_actual_socket = actual_socket;pthread_create(&it, nullptr, pth_service, (void*)data);

缺點：1. 沒有設(shè)置最大線程數(shù)，在高壓情況下有可能會導(dǎo)致service服務(wù)崩潰。2. 短時間內(nèi)大量請求，線程開辟消耗比較大的資源。?

4. 線程池處理

          // 連接成功std::string send_ip = inet_ntoa(send_.sin_addr);uint16_t send_port = ntohs(send_.sin_port);Logmessage(NOWAIN, "連接成功,客戶端為 ip:%s 端口號：%d", send_ip.c_str(), send_port);// (4.0) ———— 啟用線程池// 讓線程來進行對網(wǎng)絡(luò)端的信息進行處理Task_add* task = new Task_add(actual_socket, send_port, send_ip);_thr_pool->push(task);// 交換策略：服務(wù)端未被占滿時，來一條就交換任務(wù)隊列if (_thr_pool->Get_queue_task_size() == 0 && _thr_pool->Get_queue_task_reserver_size() != 0){_thr_pool->swap_queue();}

功能基本上沒什么問題了，但我們在客戶端處理邏輯上是循環(huán)，意味著該線程不會退出，也就是長連接。意味著，客戶端的最大連接數(shù)就是線程池的數(shù)量，如果客戶端邏輯是短連接，就不會出現(xiàn)線程池一直占滿的情況了。

以上的編程是我們在應(yīng)用層使用的編碼，往后我們將向下深入理解網(wǎng)絡(luò)理解。

下期：TCP協(xié)議原理

結(jié)語

? ?本小節(jié)就到這里了，感謝小伙伴的瀏覽，如果有什么建議，歡迎在評論區(qū)評論，如果給小伙伴帶來一些收獲請留下你的小贊，你的點贊和關(guān)注將會成為博主創(chuàng)作的動力