【Linux网络】————socket和udp协议

用户11036582

发布于 2024-12-18 16:56:00

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代码可运行

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一、六个背景知识

1、在进行网络通信时，是不是两台电脑在通信？

答案：当然不是这样的，事实上是应用层在通信解析：网络协议中的下三层，主要是解决的是将数据安全可靠的送到远端机器，用户使用应用层软件实现数据的发送和接收。而在使用软件的时候，必须要先启动这个软件，例如我们现在要使用微信，运行之后这个就是进程。所以网络在进行通信的时候就是进程间通信！！！只不过是进程之间遵守了网络协议栈，用的是网络协议的系统调用接口罢了，但是其本质还是进程间通信！！！手段是两台主机通信。而目的和本质是进程之间的通信，是凌驾于应用层上的进程间通信。通过网络协议栈来读取网络资源(共享内存资源)来让两台主机读取/存放信息。可以用读者/写者问题来理解这个问题，我们的网络资源就对应着缓冲区这个概念，读者写者在这个缓冲区(网络资源)中读取和存放资源。

2、端口号：

端口号是一个两字节十六位的整数端口号用来标识一个进程，告诉操作系统，当前的数据要交给哪个进程来处理我们上一篇文章说过，IP是独一无二的，每个主机只有一个IP，所以IP地址+端口号就可以描述一个独一无二的进程。一个端口号只能被一个进程所占用。

特别注意的概念：

在公网上，ip值能标识唯一的一台主机，port端口号能标识该主机上唯一的一个进程。如ip:port能标识全网唯一一个进程。 socket：客户端和服务器在进行通信的时候，客户端拥有唯一的ip值加端口号，服务端进程也有唯一的ip值+端口号，所以客户端和服务端只需要记住对方的源和目的的IP值+端口号就就可以进行两者之间的通信。这就是socket

3、端口号vs进程PID

我们之前在讲进程的时候说过，一个进程有唯一的pid，既然pid已经能够标识一台主机上的一个进程的唯一性，那为什么还要有端口号这个概念呢？答案：引入端口号是为了实现系统和网络之间的解耦合，以免后期造成其他不必要的影响

4、目的端口怎么跟客户端绑定的呢？也就是怎么通过目的端口去找到对应的进程的呢？

5、我们的客户端，怎么知道服务器的端口号的呢？

每一个服务器的端口号必须是众所周知的精心设计的，要被客户端熟知的，抖音自己的开发商在开发的时候，客户端和服务端的端口号都是内置的，都是被自己熟知的，所以我们使用者感觉不到这个，但是作为开发人员是要熟知服务器的端口号的。

6、一个进程可以绑定多个端口号吗？一个端口号可以被多个进程绑定吗？

显而易见：一个进程可以绑定多个端口号，但一个端口号不能被多个进程绑定。

二、两个协议

1、TCP协议(传输控制协议)

传输层协议有连接可靠传输（前提网络要联通，复杂，维护性要更强）面向字节流

2、UDP协议（用户数据报协议）

传输层协议无连接不可靠传输（简单，但丢包问题解决不了）面向数据报

三、网络字节序列

我们已经知道，内存中的多字节数据相对于内存地址有着大端和小端之分，磁盘文件中的数据相对于文件中的偏移地址也有着大端小端之分，网络数据流同样有着大端小端之分，那么如何定义网络数据流的地址呢？

发送主机通常按照内存从低到高的顺序往内存缓冲区中发送数据，接受主机也是按照内存从低到高的顺序去接说数据，然后保存因此，网络数据流的地址应该这样规定，先发出的地址是低地址，后发出的地址是高地址 TCP/IP协议规定，网络数据流应该采用大端字节序，即低地址高字节不管这台主机是大端机还是小端机, 都会按照这个TCP/IP规定的网络字节序来发送/接收数据; 如果当前发送主机是小端, 就需要先将数据转成大端; 否则就忽略, 直接发送即可;

为使网络程序具有可移植性,使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行,可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换。

这些函数名很好记：h标识host，n标识network，l标识32位的长整数，s标识十六位短整数例如htonl表示的就是将32位的长整数从主机字节序转换为网络字节序 如果主机是小端字节序,这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回； 如果主机是大端字节序,这些函数不做转换,将参数原封不动地返回。

四、socket编程接口

1、socket 常见API

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 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, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
 socklen_t addrlen);

2、sockaddr结构

问题：为什么struct sockaddr* 不能写成void*呢？因为刚开始网络出现的时候c语言还没有void*这个用法。

五、udp_socket_server代码编写

udp用的是SOCK_DGRAM，那么就是无连接不可靠的协议。

总体代码：Liunx仓库（1）: Linux学习相关代码 - Gitee.com

六、udp_socket_client代码编写

1、客户端要绑定吗？

客户端是要有具体的ip值和port端口号的，所以是需要绑定的，但是很多人说不需要绑定，所以这种说法一定是错误的。有这种说法的原因是一般客户不需要自己显示的去绑定，但是操作系统是会进行随机选择的绑定的。解释：前面我们说过了，一个端口号只能被一个进程所绑定，server端如此，client端也是如此，但是计算机有着成千上万个应用，虽然我们不可能一次性全部打开，但是我们总是会有开很多的情况，我们假如说是这前十几个应用把常见的端口号都占了的话，我们后面的应用进程开启来的时候，就不能用这几个常见端口号，打开一次失败一次，试完了这几个常见端口号以后，再用其他冷门的端口号启动就变得很慢，用户自定义的端口号是很粗糙很不安全的，所以由OS操作系统随机的分配更加的安全和有效公平。其实客户端的端口号是多少并不重要，只要能够保证主机上的唯一性即可。系统什么时候给我绑定端口号的呢？首次发送数据的时候，客户端就进行随机绑定端口号了（即客户端代码跑到sendto的时候）。

代码：Liunx仓库（1）: Linux学习相关代码 - Gitee.com