【Linux网络】套接字Socket编程预备

前言：

        上文我们讲到了，讲到了对于网络的初步认识，知道了网络一系列基本概念【Linux网络】初识网络，网络的基础概念-CSDN博客

        本文正对上文的套接字，来认识套接字在函数接口的认识，在编程上的使用；最终模拟实现服务器与客户端，来深入理解套接字。

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Socket编程预备

理解传入数据的目的

        IP地址在网络中标记主机唯一性。源主机通过目标主机的IP地址，将数据传输给目标主机。

        但将数据传输给主机是目的吗？不是！因为数据最终都是给人用的，将数据传输给主机只是手段。比如：QQ聊天，其实是人在聊；浏览网页数据，其实是人在浏览。

        那么，人应该如何获取对应的数据呢？通过启动对应的应用程序获得！比如：想要获得聊天消息，就要启动QQ等聊天程序；想要获取网页数据，就要启动浏览器。

        而对应的应用程序都是进程。换句话说，进程就是人在计算机中的代表，只要把数据交给对应的进程，就相当于交给了人。

        所以，数据传输到主机并不是目的，而是手段；最终将数据交给对应的进程才是目的！

认识端口号

我们现在知道了数据传输给目标主机后，最终目的是将数据交给对应的进程。但是计算机中有不计其数的进程，如何交给正确的进程呢？端口号，正是解决这一问题的答案！

        端口号(port)是传输层协议的内容。

        端口号用于标识一台计算机中唯一的进程。其本质是一个2字节16位的整数。

        一个端口号只能被一个进程占用，但一个进程可以拥有多个端口号。只需确保一个端口号对应唯一一个进程即可。

        通过IP地址 + 端口号，我们就可以得到全网唯一的一个进程！于是我们惊讶的发现：网络通信的本质，其实就是进程间通信！

端口号范围划分

        0~1023：知名端口号，如HTTP，FTP，SSH等。这些广为使用的应用层协议，它们的端口号都是固定的！

        1024~65535：这个范围才是我们能够使用的端口号。不过端口号是由OS动态分配的，我们并不能指定端口号。

理解端口号与PID

        我们讲端口号port是标识计算机中唯一的进程，但是我们也知道PID也是标识计算机中唯一的进程。那为什么不使用PID，而又引用端口号来标识呢？

        因为如果我们用PID代替端口号，那么操作系统与网络就会产生强耦合！而我们追求的高内聚，低耦合。所以就并没有这么做。

理解源端口号与目的端口号

        传输成协议(TCP与UDP)的数据段中有两个端口号，分别叫做源端口号与目标端口号。其本质就是在描述：谁发送的数据、要发给谁。

理解套接字socket

        我们上面讲到了 IP + 端口号标识了全网唯一的一个进程。

        我们把 IP + 端口号 就叫做套接字socket，它能在整个网络里唯一确定一个进程，方便网络中不同进程通过它来通信。

简单认识传输层协议

传输层是属于OS内核的，用户想要调用任何接口，使用任何功能都必须调用对应的系统调用。传输层协议有两个经典代表：UDP、TCP

TCP协议

        TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)

其特点为：

        有链接：通信前需要先建立链接。比如打电话，想要通信必须拨打电话并且等待对方接通。

        可靠传输：确保数据准确有效到达。

        面向字节流：以字节为单位传输数据。

UDP协议

        UDP(User Dategram Protocol，用户数据报协议)

其特点为：

        无链接：通信前不想要建立链接。比如对讲机，想要通信时直接发送信息即可，不需要等待谁。

        不可靠传输：不确保数据准确有效到达。

        面向数据报：以独立数据为单位传输。

网络字节序

我们知道计算机是分为大端机与小端机的。

大端机意思是，其内部的数据是按照大端存储的，既高位数据放在低地址处，低位数据放在高地址处。

小端机意思是，其内部的数据是按照小端存储的，既高位数据放在高地址处，低位数据放在低地址处。

        发送数据的主机通常将缓冲区中的数据，按照内存地址从低到高发送。但对于大小端主机来说，就算是相同的数据，发送后也会变得不一样！

        所以，为了保证大小端主机发送信息的一致性。TCP/IP协议规定：网络数据流应采用大端字节序。

        不论大小端主机，都必须遵守这个协议。大端主机发送数据不影响，而小段主机发送数据时，必须先将数据转化为大端，再进行发送！

其中，为了让代码在不同的大小端机器上具备可移植性，我们可以使用以下库函数，来完成网络字节序与主机字节序的转化

#include <arpa/inet.h>//主机字节序 转 网络字节序
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);//网络字节序 转 主机字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);函数名很好记：h标识host，n表示network，l表示32为长整数，n表示16位短整数如果主机是小端机，这些函数就会进行相应的转化
如果主机是大端机，这些函数将不会执行转化工作

Socket编程接口

// 创建 socket ⽂件描述符 (TCP/UDP, 客⼾端 + 服务器) 
int socket(int domain, int type, int protocol);// 绑定端⼝号 (TCP/UDP, 服务器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);// 开始监听socket (TCP, 服务器) 
int listen(int socket, int backlog);// 接收请求 (TCP, 服务器) 
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);// 建⽴连接 (TCP, 客⼾端) 
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

Sockadd结构体

        我们注意到在Socket接口中，存在参数为struct sockeaddr* 的参数。下面我们来认识一下这个参数。

        套接字socket执行的通信标准是POSIX标准。而POSIX标准是包含了网络通信与本地通信的，这也就意味着执行这套标准的socket要支持多种通信方式。

        但socket的实现者，不想提供多个针对于不同通信的接口，只想提供一个接口来完成多种通信方式。于是结构体Sockeaddr诞生了！

        通过结构体的内存布局兼容实现：struct sockaddr作为基类，struct sockaddr_in与struct sockaddr_un作为子类继承基类、实现多态的作用。struct sockaddr_in用于网络通信，struct sockaddr_un用于本地通信。这样就实现了一个接口多种通信功能。