嵌入式学习日记（32）Linux下的网络编程

1. 目的
不同主机，进程间通信。

2. 解决的问题

     1）. 主机与主机之间物理层面必须互联互通。
2.） 进程与进程在软件层面必须互联互通。

IP地址：计算机的软件地址，用来标识计算机设备
MAC地址：计算机的硬件地址（固定）
网络的端口号：标记同一主机上的不同网络进程

 3. 网络协议
网络通信标准。

OSI七层模型：开放系统互联模型（open system interconnect）
理论模型：

不同体系结构设备间，网络通信的通信标准。

       应用层:要传输的数据信息，如文件传输，电子邮件等
表示层:数据加密，解密操作，压缩，解压缩
会话层:建立数据传输通道,   ---》会话
传输层:传输的方式  UDP  TCP   端口号
网络层:实现数据路由，路径规划    路由器  ip
数据链路层:封装成帧，点对点通信（局域网内通信），差错检测   交换机  ARP
物理层:定义物理设备标准、电气特性，比如网线，光纤等传输介质   比特流  bit  0 1

TCP/IP模型：应用模型

五层：
应用层：
HTTP：超文本传输协议
HTTPS:超文本传输协议（SSL加密算法）
FTP：文件传输协议（TCP）
TFTP：简单文件传输协议（UDP）
MQTT：消息队列遥测传输（物联网协议）
DNS：域名解析服务（www.baidu.com---》IP地址）
传输层：
TCP ：传输控制协议
UDP：用户数据报协议
网络层：
IP协议: IPv4         IPv6
数据链路层：
ARP : 地址解析协议
物理层：

四层：
应用层     传输层     网络层         网络接口层：

4. IP协议

    网络层:
IP协议
192.168.1.128
IPv4    32位
IPv6    128位

192.168.1.140         (用户表示形式)   点分十进制   
11000000 10101000 00000000 01000011    (计算机存储形式) 32bits

IP地址 = 网络位 + 主机位 

192.168.0.121/24
24：网络位的位数

网络位:该IP地址位于哪个网段(局域网)内
主机位:这个网段(局域网)第几台主机

        子网掩码:
如：255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
用来区分IP地址的网络位和主机位，搭配IP地址使用。
子网掩码是1的部分对应IP地址的网络位
子网掩码是0的部分对应IP地址的主机位

        192.168.1.0
网段号:
IP地址网络位不变,主机位全为0,则为该IP地址的网段号
192.168.1.3
255.255.0.0
192.168.0.0
位于
192.168.1.0 网段内(网段内的IP能直接通信)

192.168.1.3
255.0.0.0

        广播号:
192.168.1.255
IP地址网络位不变,主机位全为1,则为该IP地址的广播号
192.168.1.3
255.255.255.0
广播号:
192.168.1.255(向广播号发送信息,所有局域网内IP都能收到此信息)

feiQ VNC
192.168.1.255
网关地址：
192.168.1.1

IP地址的划分:
(1)A类地址:
范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255
子网掩码:255.0.0.0          126*2^24        
用于管理大规模网络

私有IP地址:10.0.0.0 - 10.255.255.255

127.0.0.0   回环地址
(2)B类地址:
范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255
子网掩码:255.255.0.0         2^16
管理大中规模网络

私有IP地址:172.16.0.0 - 172.31.255.255

(3)C类地址:
范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255
子网掩码:255.255.255.0        2^8
管理中小规模网络

私有IP地址:192.168.0.0 - 192.168.255.255

(4)D类地址:
224.0.0.0 - 239.255.255.255
组播和广播使用

(5)E类地址:
240.0.0.0 - 255.255.255.254
用来进行实验

        公有IP：由电信公司直接分配，并需要付费的IP地址， 可以直接访问internet
私有IP：不能直接访问internet的ip地址

节省ip地址

5. 网络端口号

    端口号：16位的整形数据（unsigned short）0-65535
端口号功能：标记同一主机上的不同网络进程

    分类：
1）任何TCP/IP实现所提供的服务都用1-1023之间的端口号。
http ： 80
FTP： 20/21
TFPT: 69
HTTPS: 443

2）端口号从1024-49151是被注册的端口号，被IANA指定为特殊服务使用。
MQTT：1883/8883
3）从49152-65535是动态或私有端口号。

6.网络配置

   1.  ping  ip地址/域名
查看当前主机和IP/域名所对应的这台主机网络是否联通
ping www.baidu.com

   2. ifconfig 
在Linux查看当前主机的IP地址
ipconfig
在Windows上查看当前主机的IP地址

   3. 网络配置
1）虚拟机--》设置--》网络适配器---》桥接模式
2）编辑--》虚拟网络编辑器--》更改设置--》VMnet0---》桥接至--》当前PC正在上网的网卡上--》应用--》确定
3）修改网络配置文件
sudo vim /etc/network/interfaces

             auto lo
iface lo inet loopback

             auto ens33 
iface ens33 inet dhcp

        4）重启网络服务
sudo /etc/init.d/networking restart
5) 测试
ping www.baidu.com

7. 网络协议--UDP

     UDP：传输层
用户数据报协议（User Datagram Protocol）

     1）网络编程模型
B/S模型：browser/server（浏览器/服务器）
1. 客户端是通用的客户端（浏览器）
2. 一般只做服务器开发
3. 客户端要加载的数据均来自服务器
C/S模型：client/server（客户端/服务端）
1. 客户端是一个专用的客户端
2. 服务器和客户端都需开发
3. 客户端可保存资源，本地加载，无需所有数据都请求服务器

     2）UDP编程流程

           套接字：文件描述符 ， 网络通信时，应用层可操作的端口。

 #include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

       int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建通信的套接字
参数：
domain：网络层使用什么协议族
AF_INET：IPv4
AF_INET6：IPv6
type：规定传输层的协议
SOCK_DGRAM ： UDP协议
SOCK_STREAM：TCP协议
SOCK_RAW ：原始套接字
protocol ：0 按照默认协议方式创建
返回值：
成功：套接字
失败：-1

       ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
功能：向网络套接字发送数据
参数：
sockfd：套接字
buf： 要发送的数据的首地址
len：要发送的字节数
flags： 0：按照默认方式发送
dest_addr：接收方的地址信息（IP+端口号）
addrlen：接收方地址的大小
返回值：
成功：实际发送的字节数
失败：-1

       man 7 ip
struct sockaddr_in {
sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
};

           /* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};

网络字节序：大端                network
主机字节序：小端  50000   host

0x1234

小端：0x34
0x12
大端：
0x12
0x34

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);          主机转网络
uint16_t htons(uint16_t hostshort);         主机转网络
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);           网络转主机
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);          网络转主机

 in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:
将字符串IP地址转换成二进制IP地址形式

 char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：
将二进制ip转换成字符串

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
功能：绑定自己的IP地址和端口号
参数：
sockfd：套接字
addr：需要绑定的地址
addrlen：地址大小
返回值：
成功：0
失败：-1

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
功能：从套接字上接收数据
参数：
sockfd：套接字
buf：存放接收数据的内存首地址
len：希望接收的字节数
flags：0 ：按照默认方式接收（阻塞）
src_addr：发送方的地址信息
addrlen：发送发地址的指针
功能：
成功：实际接收到的字节数
失败：-1
利用UDP实现通信

客户端程序

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> 
#include <sys/types.h>        
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{pid_t pid = fork();if(pid > 0){int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){perror("socket error:");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50001);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.175");char buff[1024] = {0};while(1){scanf("%s",buff);ssize_t cnt = sendto(sockfd,buff,strlen(buff),0,(struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));if(cnt < 0){perror("send error:");return -1;}printf("cnt = %ld\n",cnt);}close(sockfd);}else if(pid == 0){int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){perror("socket error:");return -1;}struct sockaddr_in cliaddr;cliaddr.sin_family = AF_INET;cliaddr.sin_port = htons(50000);cliaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.175");int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,sizeof(cliaddr));if(ret < 0){perror("bind error:");return -1;}char buff[1024] = {0};while(1){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t cnt = recvfrom(sockfd,buff,sizeof(buff),0,NULL,NULL);if(cnt <= 0){break;}printf("cnt = %ld,server->client = %s\n",cnt,buff);}close(sockfd);}return 0;
}

服务端程序

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> 
#include <sys/types.h>        
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{pid_t pid = fork();if(pid > 0){int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){perror("socket error:");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50001);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.175");int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error:");return -1;}char buff[1024] = {0};while(1){memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t cnt = recvfrom(sockfd,buff,sizeof(buff),0,NULL,NULL);if(cnt <= 0){break;}printf("cnt = %ld,client->server = %s\n",cnt,buff);}close(sockfd);}else if(pid == 0){int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){perror("socket error:");return -1;}struct sockaddr_in cliaddr;cliaddr.sin_family = AF_INET;cliaddr.sin_port = htons(50000);cliaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.175");char buff[1024] = {0};while(1){scanf("%s",buff);ssize_t cnt = sendto(sockfd,buff,strlen(buff),0,(struct sockaddr *)&cliaddr,sizeof(cliaddr));if(cnt < 0){perror("send error:");return -1;}printf("cnt = %ld\n",cnt);}close(sockfd);}return 0;
}