网络、网络协议模型、UDP编程——计算机网络——day01

今天来到了网络编程，主要讲了网络、网络协议模型以及UDP编程

网络

网络主要是进行：数据传输和数据共享

网络协议模型

OSI协议模型
    应用层              实际发送的数据
    表示层              发送的数据是否加密
    会话层              是否建立会话连接
    传输层              数据传输的方式（数据报、流式）
    网络层              数据的路由(如何从一个局域网到达另一个局域网)        IP地址
    数据链路层          局域网下如何通信
    物理层              物理介质的连接

TCP/IP协议模型   
    应用层              传输的数据
    传输层              传输的方式
    网络层              数据如何从一台主机到达另一台主机
    网络接口层          物理介质的连接

应用层

应用层主要的传输协议有：
		HTTP    超文本传输协议
        HTTPS   
        FTP     文件传输协议
        TFTP    简单文本传输协议
        SMTP    邮件传输协议
        MQTT    
        TELNET  
  		..

传输层

	UDP     用户数据报协议
            	特点:
                1.实现机制简单
                2.资源开销小
                3.不安全不可靠

    TCP     传输控制协议
           	    特点:
                1.实现机制复杂
                2.资源开销大
                3.安全可靠

网络层

网络层这块主要讲一下IPv4

	IP地址:唯一标识网络中一台主机的标号
   	IP地址:网络位 + 主机位
   	子网掩码:用来标识IP地址的网络位和主机位
    子网掩码是1的部分表示IP地址的网络位
    子网掩码是0的部分表示IP地址的主机位
    网段号:网络位不变,主机位全为0,表示网段号
    广播地址:网络位不变,主机位全为1,表示广播地址
	
	IP地址类型:
    A类
        1.0.0.0 - 126.255.255.255
        子网掩码:255.0.0.0
        管理超大规模网络
        10.0.0.0 - 10.255.255.255 

    B类
        128.0.0.0 - 191.255.255.255
        子网掩码:255.255.0.0 
        管理大中规模型网络
        172.16.0.0 - 172.31.255.255

    C类
        192.0.0.0 - 223.255.255.255
        子网掩码:255.255.255.0
        管理中小规模型网络 
        192.168.0.0 - 192.168.255.255

    D类
        224.0.0.0 - 239.0.0.0
        用于组播

    E类
        240.0.0.0 - 255.255.255.255 
        用于实验

UDP编程

也是进程间socket套接字编程

1.发端

socket
int socket(int domain, int type, int protocol);
	功能:
	    创建一个用来通信的文件描述符
	参数:
	    domain:使用的协议族 AF_INET (IPv4协议族)
	    type:套接字类型
	        SOCK_STREAM:流式套接字
	        SOCK_DGRAM:数据报套接字
	        SOCK_RAW:原始套接字
	    protocol:协议
	        默认为0 
	返回值:
	    成功返回文件描述符
	    失败返回-1
sendto
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
              const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
	功能:
	    利用套接字向指定地址发送数据信息 
	参数:
	    sockfd:套接字文件描述符
	    buf:发送数据空间首地址
	    len:发送数据的长度
	    flags:属性默认为0 
	    dest_addr:目的地址信息存放的空间首地址
	    addrlen:目的地址的长度

	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 */
	};
	          
	返回值:
	    成功返回实际发送字节数
	    失败返回-1
recvfrom
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
	功能:
	    从套接字中接收数据
	参数:
	    sockfd:套接字文件描述符
	    buf:存放数据空间首地址
	    flags:属性 默认为0 
	    src_addr:存放IP地址信息的空间首地址
	    addrlen:存放接收到IP地址大小空间的首地址
	返回值:
	    成功返回实际接收字节数
	    失败返回-1
inet_addr、htons
inet_addr:
	in_addr_t inet_addr(const char *cp);
	功能：  
	    将字符串IP地址转换为内存中的IP地址 

htons
	uint16_t htons(uint16_t hostshort);
	功能:
	    将本地字节序转换为网络的大端字节序

eg：编写程序实现从终端接收字符串发送给 windows软件调试助手,并接受软件助手的回复,显示在终端屏幕上

#include"head.h"

int main(void)
{
	int sockfd = 0;
	struct sockaddr_in recvaddr;	
	struct sockaddr_in addc;
	char tmpbuff[1024] = {"hello world"};	//发送的字符串
	char recvbuff[1024] = {0};
	ssize_t nsize = 0;
	socklen_t addrlen;

	sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);	//参数1：IPv4协议族；参数2：数据报套接字；参数3：协议，默认为0
	if(-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}
	
	
	recvaddr.sin_family = AF_INET;
	recvaddr.sin_port = htons(50000);	//将端口50000转为网络的大端模式
	recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.104");//将字符串IP地址转为内存中的IP地址
	addrlen = sizeof(addc);
	nsize = sendto(sockfd,tmpbuff,strlen(tmpbuff),0,(struct sockaddr *)&recvaddr,sizeof(recvaddr));
	if(-1 == nsize)
	{
		perror("fail to sendto");
		return -1;
	}

	printf("成功发送 %ld 字节!\n",nsize);

	recvfrom(sockfd,recvbuff,sizeof(recvbuff),0,(struct sockaddr *)&addc,&addrlen);	//接收
	printf("%s",recvbuff);

	close(sockfd);

	return 0;
}

结果：
在这里插入图片描述

我们可以看到

发端：socket -> sendto -> close

收端: socket -> bind -> recvfrom -> close

UDP需要注意的细节点

1.UDP是无连接,发端退出,收端没有任何影响
2.UDP发送数据上限,最好不要超过1500个字节
3.UDP是不安全不可靠的,连续且快速的传输数据容易产生数据丢失

UDP包头长度:8个字节

 分别是：源端口号（2个字节）
		 目的端口号（2个字节）
	     长度（2个字节）
		 校验和（2个字节）

eg：要求在不同主机中编写两个程序,实现全双工聊天功能
1.进入软件后接收当前用户的昵称
2.显示的格式为 对方用户昵称(对方IP:对方端口)>接收到的内容
3.用户输入".quit"退出聊天
4.网络通信时收发结构体
struct person
{
char name[32];
char text[512];
};

head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <time.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/in.h>

struct person
{
	char name[32];
	char text[512];
};

#endif

client.c

#include"head.h"

int sockfd = 0;
struct sockaddr_in sendaddr;
struct sockaddr_in recvaddr;
ssize_t nsize = 0;
socklen_t addrlen = sizeof(recvaddr);

void *threadSend(void *arg)	//发端
{
	struct person user;
		
	scanf("%s",user.name);
	nsize = sendto(sockfd,user.name,strlen(user.name),0,(struct sockaddr *)&sendaddr,sizeof(sendaddr));
	if(-1 == nsize)
	{
		perror("fail to sendto");
		return NULL;
	}
	while(1)
	{
		memset(&user.text,0,sizeof(user.text));
		scanf("%s",user.text);
		nsize = sendto(sockfd,user.text,strlen(user.text),0,(struct sockaddr *)&sendaddr,sizeof(sendaddr));
		if(-1 == nsize)
		{
			perror("fail to sendto");
			return NULL;
		}

		if(!strcmp(user.text,".quit"))
		{
			break;
		}
	}
}

void *threadRecv(void *arg)
{
	struct person user;
	
	nsize = recvfrom(sockfd,user.name,sizeof(user.name),0,(struct sockaddr *)&recvaddr,&addrlen);		//首先接收名字
	if(-1 == nsize)
	{
		perror("fail to recvfrom");
		return NULL;
	}

	while(1)
	{
		memset(&user.text,0,sizeof(user.text));		//刷新
		nsize = recvfrom(sockfd,user.text,sizeof(user.text),0,(struct sockaddr *)&recvaddr,&addrlen);
		if(-1 == nsize)
		{
			perror("fail to recvfrom");
			return NULL;
		}

		if(!strcmp(user.text,".quit"))
		{
			break;
		}
		printf("%s %s:%d > %s\n",user.name,inet_ntoa(recvaddr.sin_addr),ntohs(recvaddr.sin_port),user.text);
	}
}

int main(void)
{
	int ret = 0;

	pthread_t send;
	pthread_t recv;

	pthread_create(&send,NULL,threadSend,NULL);		//创建发送线程
	pthread_create(&recv,NULL,threadRecv,NULL);		//创建接收线程

	sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);	
	if(-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}

	sendaddr.sin_family = AF_INET;
	sendaddr.sin_port = htons(50000);
	sendaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.174");

	recvaddr.sin_family = AF_INET;
	recvaddr.sin_port = htons(50000);
	recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.152");
	ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&recvaddr,sizeof(recvaddr));	//绑定接收端的IP地址和端口号
	if(-1 == ret)
	{
		perror("fail to bind");
		return -1;
	}

	pthread_join(send,NULL);
	pthread_join(recv,NULL);

	close(sockfd);

	return 0;
}

结果：
在这里插入图片描述

以上就是今天内容！

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