Linux系统编程——网络协议
UDP
UDP：传输层，用户数据报协议
网络编程模型
B/S模型：browser/server（浏览器/服务器）
1，客户端为公用的客户端（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
UDP特点
1，面向数据包
2，无需建立连接
3，尽最大努力交付，因此不安全不可靠，因为可能造成数据丢包、乱序（发送方发送太快，对于接收方来说数据处理能力跟不上，导致大量的数据在缓冲区积攒，缓冲区满时数据便丢失）
4，可实现一对一、一对多的传输
5，时效性高，资源开销小，机制简单，数据实时性高（例如VNC、直播）
如何避免UDP丢包
1，发送方以较慢的速度发送数据，接收方又有足够的时间处理数据
2，模仿TCP机制：应答机制
网络抓包
网络抓包：抓取通过数倍网卡的网络数据，从而调试和分析网络程序
抓包工具：wireshark
使用：
1，启动抓包工具：sudo wireshark
2，选取要抓取的网卡----any（所有）
3，选取一个过滤条件
4，开始抓取
5，进行网络通信
UDP报文头部分为四个字段
1，源端口号（2字节）：发送方进程的端口号
2，目标端口号（2字节）：接收方进程的端口号
3，长度（2字节）：UDP发送的报文的整体长度，包括UDP头部（总共8字节）和UDP正文部分
4，校验和（2字节）：数据差错校验
UDP编程流程
套接字：文件描述符，是网络通信时应用层可操作的端口
socket
功能：创建通信的套接字
参数：
domin：网络层使用什么地址协议族
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为按照默认协议方式创建
返回值：成功则为套接字，失败则为-1
sendto
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为按照默认方式发送
dest_addr：接收方的地址信息（IP + 端口号）
man 7 ip
参数要求const struct sockaddr *，直接使用强转即可
sin_family：地址协议族
sin_port：端口号，必须是网络字节序（大端）由于主机字节序是小端，所以需要进行转化，由函数htons
sin_addr：IP地址，与端口号同理，需要转网络字节序，即inet_addr
addrlen：接收方的地址大小
返回值：成功则为实际发送的字节数，失败则为-1
例：
bind
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：成功则0失败-1
recvfrom
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为按照默认阻塞方式回收
src_addr：发送方的地址信息，提前定义变量来存，如果不关注为NULL
addrlen：发送方地址的指针，如果不关注为NULL
返回值：成功则为实际收到的字节数，失败则为-1
TCP
TCP特点
1，面向数据流
2，通信之前必须建立链接
3，安全可靠的传输机制
4，机制复杂，网络资源开销大
5，本质只能实现一对一的通信（使用TCP并发方式可以实现一对多）
TCP三次握手和四次挥手机制
三次握手：TCP建立连接时，需要进行三次握手，为了确保收发双方通信之前都已准备就绪
客户端会向服务端发送一包数据，这包数据里有一个明显的标志位SYN（请求建立联系标），服务端接收到之后，会给对方回应一个ACK（响应报文标志位）和SYN，最后客户端再回ACK，谁先发都行
四次挥手：TCP断开连接时。需要进行四次挥手，确保断开连接前双方都已通信结束
谁先发FIN都行，而后发的ACK和FIN不能像三次握手一样同时发，因为接收到客户端FIN并给予ACK回应时，并不代表服务端也要断开连接，如果同时发就表示同时断开连接
TCP编程流程
服务端，在创建监听套接字sockfd之后，调用listen时，listen会在后台创建两个队列，负责保存待完成三次握手的客户端（A）和已完成三次握手的客户端（B），若有客户端请求建立连接但未完全建立连接，则该客户端信息会保存在A中，再来客户端就继续保存，当有客户端已完全建立连接，则该客户端信息则会出队，被保存在B中
connect
功能：请求与服务端建立连接
参数：
sockfd：套接字
addr：要连接的服务端地址信息
addrlen：服务端地址大小
返回值：成功则0失败-1
send
功能：发送网络数据
参数：
sockfd：网络套接字
buf：要发送的数据首地址
len：发送的字节数
flags：0则按照默认方式发送
返回值：成功则为实际发送的字节数，失败则为-1
listen
功能：监听建立三次握手的客户端
参数：
sockfd：监听套接字
backlog：最大允许监听的客户端个数
返回值：成功则0失败-1
accept
功能：接收建立三次握手的客户端，并产生一个通讯套接字
参数：
sockfd：监听套接字
address：已完成三次握手的客户端的地址信息，需自己定义
address_len：客户端地址长度的指针
返回值：成功则为通讯套接字，失败则为-1
recv
功能：从套接字上接收数据
参数：
sockfd：通讯套接字
buf：存放接收数据的首地址
len：期望接收到的字节数
flag：0则为默认方式
返回值：成功则为实际接到的字节数，失败-1。如果对方断开连接则为0
TCP存在的问题——粘包问题
发送方应用层发送的多包数据，将来在接收方可能一次读到，多包数据产生了粘连
造成问题的原因：
1. 发送方速度较快，TCP底层可能对多包数据进行重新组帧
2. 接收方数据处理速度较慢，导致多包数据在接收缓冲区缓存，应用层读时，一次将多包数据读出
解决方法：
1，调整发送速率
2.，发送指定大小，接收方也指定大小，例如结构体
注意：如果是跨平台之间的数据传输，需要注意结构体对齐问题，比如32bits平台和64位bit平台
3，应用层为发送的数据增加分隔符\n，利用分隔符解析
4，封装自定义数据帧格式进行发送（协议），严格根据协议进行解析
例：十六进制
AA C0 00 00 00 F0 00 BB 10 A0 00 00 00 10 校验 BB
帧头：AA len，上例C0为数据的长度，为了防止同时出现与帧尾帧头相同的数据
帧尾：BB
有效数据长度：C0
有效数据：00 00 00 F0 00 BB 10 A0 00 00 00 10
校验：8位和校验；16位和校验；CRC校验：为了验证数据传送过程中是否出现问题
以8位和校验为例，从帧头开（或者有效数据）始后一个字节，一直加到校验之前的数据，一个字节一个字节的加起来，得到的数的第八个bit作为校验和