《Unix/Linux系统编程》第十三章学习笔记
知识点总结
本章论述了TCP/IP 和网络编程，分为两个部分。第一部分论述了TCP/IP协议及其应用，具体包括 TCP/IP 栈、IP地址、主机名、DNS、IP数据包和路由器;介绍了TCP/IP 网络中的UDP和 TCP 协议、端口号和数据流;阐述了服务器-客户机计算模型和套接字编程接口;通过使用UDP和TCP套接字的示例演示了网络编程。第一个编程项目可实现一对通过互联网执行文件操作的 TCP服务器-客户机，可让用户定义其他通信协议来可靠地传输文件内容。
本章的第二部分介绍了Web和CGI编程，解释了HTTP编程模型、Web 页面和 Web浏览器;展示了如何配置 Linux HTTPD服务器来支持用户 Web 页面、PHP和CGI编程;阐释了客户机和服务器端动态 Web 页面;演示了如何使用PHP和 CGI创建服务器端动态Web 页面。
TCP/IP协议
- 从字面意义上讲，有人可能会认为 TCP/IP 是指 TCP 和 IP 两种协议。实际生活当中有时也确实就是指这两种协议。然而在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP 或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都属于 TCP/IP 协议。他们与 TCP 或 IP 的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称 TCP/IP 为网际协议群。
- 互联网进行通信时，需要相应的网络协议，TCP/IP 原本就是为使用互联网而开发制定的协议族。因此，互联网的协议就是 TCP/IP，TCP/IP 就是互联网的协议。
IP主机和IP地址
IP地址分为两部分，即 NetworkID 字段和HostID字段。根据划分，IP 地址分为A~E 类。例如，一个B类IP地址被划分为一个16位NetworkID，其中前2位是10，然后是一个16位的 HostID字段。发往IP地址的数据包首先被发送到具有相同 networkID的路由器。路由器将通过 HostID 将数据包转发到网络中的特定主机。每个主机都有一个本地主机名localhost，默认 IP地址为 127.0.0.1。本地主机的链路层是一个回送虚拟设备，它将每个数据包路由回同一个localhost。这个特性可以让我们在同一台计算机上运行TCP/IP 应用程序，而不需要实际连接到互联网。
IP协议
IP协议用于在 IP主机之间发送/接收数据包。IP尽最大努力运行。IP 主机只向接收主机发送数据包，但它不能保证数据包会被发送到它们的目的地，也不能保证按顺序发送。这意味着IP 并非可靠的协议。必要时，必须在IP 层的上面实现可靠性。
UDP/TCP
UDP（用户数据报协议）（RFC768 1980;Comer 1988）在IP上运行，用于发送/接收数据报。与IP类似，UDP不能保证可靠性，但是快速高效。它可用于可靠性不重要的情况。
TCP（传输控制协议）是一种面向连接的协议，用于发送/接收数据流。TCP也可在IP 上运行，但它保证了可靠的数据传输。通常，UDP类似于发送邮件的USPS，而TCP类似于电话连接。
端口编号
应用程序 =（主机 IP，协议，端口号）
其中，协议是TCP或 UDP，端口号是分配给应用程序的唯一无符号短整数。要想使用UDP或 TCP，应用程序（进程）必须先选择或获取一个端口号。前1024个端口号已被预留。其他端口号可供一般使用。应用程序可以选择一个可用端口号，也可以让操作系统内核分配端口号。
套接字编程
（1）套接字地址
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // AF_INET for TCP/IP
// port number
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;// IP address );
// internet address struct in_addr {
// IP address in network byte order
s_addr;
uint32_t
)；
（2）套接字API
服务器必须创建一个套接字，并将其与包含服务器IP 地址和端口号的套接字地址绑定。它可以使用一个固定端口号，或者让操作系统内核选择一个端口号（如果 sin port为0）。为了与服务器通信，客户机必须创建一个套接字。对于UPD套接字，可以将套接字绑定到服务器地址。如果套接字没有绑定到任何特定的服务器，那么它必须在后续的 sendto（）/recvfrom（）调用中提供一个包含服务器IP 和端口号的套接字地址。
实践
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>//inet_addr() sockaddr_in
#include <string.h>//bzero()
#include <sys/socket.h>//socket
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>//exit()
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
char listen_addr_str[] = "0.0.0.0";
size_t listen_addr = inet_addr(listen_addr_str);
int port = 8080;
int server_socket, client_socket;
struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
socklen_t addr_size;
char buffer[BUFFER_SIZE];//缓冲区大小
int str_length;
server_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);//创建套接字
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));//初始化
server_addr.sin_family = INADDR_ANY;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = listen_addr;
if (bind(server_socket, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
printf("绑定失败\n");
exit(1);
}
if (listen(server_socket, 5) == -1) {
printf("监听失败\n");
exit(1);
}
printf("创建tcp服务器成功\n");
fd_set reads,copy_reads;
int fd_max,fd_num;
struct timeval timeout;
FD_ZERO(&reads);//初始化清空socket集合
FD_SET(server_socket,&reads);
fd_max=server_socket;
while (1) {
copy_reads = reads;
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 5000;
//无限循环调用select 监视可读事件
if((fd_num = select(fd_max+1, ©_reads, 0, 0, &timeout)) == -1) {
perror("select error");
break;
}
if (fd_num==0){//没有变动的socket
continue;
}
for(int i=0;i<fd_max+1;i++){
if(FD_ISSET(i,©_reads)){
if (i==server_socket){//server_socket变动,代表有新客户端连接
addr_size = sizeof(client_addr);
client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *) &client_addr, &addr_size);
printf("%d 连接成功\n", client_socket);
char msg[] = "恭喜你连接成功";
write(client_socket, msg, sizeof(msg));
FD_SET(client_socket,&reads);
if(fd_max < client_socket){
fd_max=client_socket;
}
}else{
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
str_length = read(i, buffer, BUFFER_SIZE);
if (str_length == 0) //读取数据完毕关闭套接字
{
close(i);
printf("连接已经关闭: %d \n", i);
FD_CLR(i, &reads);//从reads中删除相关信息
} else {
printf("%d 客户端发送数据:%s \n", i, buffer);
write(i, buffer, str_length);//将数据发送回客户端
}
}
}
}
}
return 0;
}