网络:
可以用来:数据传输、数据共享
1. 网络协议模型:
1. OSI协议模型:
应用层 | 实际收发的数据 |
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(数据包,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) |
数据链路层 | 局域网下如何通信 |
物理层 | 物理介质的连接 |
2. 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 | 数据如何从一个台主机到达另一台主机 |
网络接口层 | 物理介质的连接 |
1. 应用层:
例如有: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
...
2. 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
3. 网络层:
IPv4
IP地址:唯一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,主机位全位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
私有IP地址: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
私有IP地址: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
私有IP地址: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
4. UDP编程:
socket套接字(全双工)编程:
发端:socket -> sendto -> close
收端:socket -> bind -> recvfrom -> close
1. 发端
1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
练习:
1. 编写程序实现从终端接收字符串发送给windows软件调试助手,并接收软件助手的回复,显示在终端屏幕上
#include "head.h"int main(void)
{int sockfd = 0;ssize_t nsize = 0;char tmpbuff[1024] = {0};struct sockaddr_in recvaddr;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd == -1){perror("fail to socket");return -1;}gets(tmpbuff);recvaddr.sin_family = AF_INET;recvaddr.sin_port = htons(50000);recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.162");bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(&recvaddr));nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));if(nsize == -1){perror("fail to sendto");return -1;}printf("成功发送 %ld 字节!\n", nsize);memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, (socklen_t *)sizeof(&recvaddr));printf("%s\n",tmpbuff);close(sockfd);return 0;
}
2. 收端
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
addlen: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
2. 修改虚拟机到桥接模式:
点击“虚拟机”
点击“设置”
点击“网络适配器”
选择“桥接模式”
点击“确定”
3. 将网卡桥接到无线网卡:
点击“编辑”
点击“虚拟网络编辑器”
点击“更改设置”
4. 在Ubuntu中重启网络服务:
sudo /etc/init.d/networking restart
5. 通过ifconfig查看虚拟机IP地址
6. bind:
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能:在套接字上绑定一个IP地址和端口号
参数:
sockfd:套接字文件描述符
addr:绑定IP地址空间首地址
addrlen:绑定IP地址的长度
返回值:
成功返回0
失败返回-1
3. 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
4. wireshark
可以通过wireshark抓包工具来查看收发的数据
操作流程:
1. 打开wireshark:
sudo wireshark
2. 选择抓取数据包的网卡:any
3. 执行通信的代码
4. 停止通信
5. 设定过滤条件
ip.addr == IP地址 :通过IP地址查找
udp :通过传输方式udp查找
tcp :通过传输方式tcp查找
udp.port == 端口号:通过端口号查找
5. UDP包头长度:8个字节
源端口号(2个字节)
目的端口号(2个字节)
长度(2个字节)
检验和(2个字节)
练习:
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];
};
#include "head.h"int sockfd = 0;
ssize_t nsize = 0;
struct sockaddr_in tmpaddr;
struct sockaddr_in sendaddr;
socklen_t addrlen = sizeof(tmpaddr);struct person
{char name[32];char text[512];
};pthread_t tid_recv;
pthread_t tid_send;void *RecvInfo(void *arg)
{struct person user;while(1){memset(&user, 0, sizeof(user));nsize = recvfrom(sockfd, &user, sizeof(user), 0, (struct sockaddr *)&tmpaddr, &addrlen);if(nsize == -1){perror("fail to recvfrom");return NULL;}printf("%s %s : %d > %s\n", user.name, inet_ntoa(tmpaddr.sin_addr), ntohs(tmpaddr.sin_port), user.text);if(!strcmp(user.text, ".quit")){break;}}pthread_cancel(tid_send);return NULL;
}void *SendInfo(void *arg)
{struct person user;while(1){memset(&user, 0, sizeof(user));scanf("%s", user.name);scanf("%s", user.text);nsize = sendto(sockfd, &user, sizeof(user), 0, (struct sockaddr *)&sendaddr, sizeof(sendaddr));if(nsize == -1){perror("fail to sendto");return NULL;}printf("success send %ld byte\n", nsize);if(!strcmp(user.text, ".quit")){break;}}pthread_cancel(tid_recv);return NULL;
}int main(void)
{struct sockaddr_in recvaddr;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd == -1){perror("fail to socket");return -1;}recvaddr.sin_family = AF_INET;recvaddr.sin_port = htons(30000);recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.153");bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));sendaddr.sin_family = AF_INET;sendaddr.sin_port = htons(30000);sendaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.152");pthread_create(&tid_recv, NULL, RecvInfo, NULL);pthread_create(&tid_send, NULL, SendInfo, NULL);pthread_join(tid_recv, NULL);pthread_join(tid_send, NULL);close(sockfd);return 0;}
5. UDP项目练习:
题目:基于UDP实现直播间聊天的功能:
需求:
软件划分为用户客户端和主播服务端两个软件client.c和server.c
用户客户端负责:
1.接收用户的昵称
2.接收用户输入的信息,能够将信息发送给服务端
3.接收服务端回复的数据信息,并完成显示
主播服务端负责:
1.对所有加入直播间的用户的IP地址和端口实现管理(加入、退出)
2.当有新的客户端加入时,能够向所有客户端提示:"欢迎 XXX 用户进入直播间"
3.当有客户端退出时,能够向所有客户端提示:"XXX 离开直播间"
4.能够实现客户端聊天内容的转发,当某个客户端发送聊天信息时,能够将该信息转给除了该用户之外聊天室内所有其余客户端用户
client.c
#include "head.h"int sockfd = 0;
char name[32];
struct sockaddr_in recvaddr;
pthread_t tid_send;
pthread_t tid_recv;void *SendMsg(void *arg)
{struct msgbuf sendmsg;ssize_t nsize = 0;while(1){memset(&sendmsg, 0, sizeof(sendmsg)); sendmsg.type = USER_TYPE_CHAT;sprintf(sendmsg.name, "%s", name);gets(sendmsg.text);if(strcmp(sendmsg.text,".quit") == 0){sendmsg.type = USER_TYPE_OUT;}nsize = sendto(sockfd, &sendmsg, sizeof(sendmsg), 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));if(nsize == -1){perror("fail to sendto");return NULL;}if(sendmsg.type == USER_TYPE_OUT){break;}}pthread_cancel(tid_recv);return NULL;
}void *RecvMsg(void *arg)
{struct msgbuf recvmsg;ssize_t nsize = 0;while(1){nsize = recvfrom(sockfd, &recvmsg, sizeof(recvmsg), 0, NULL, NULL);if(nsize == -1){perror("fail to recvfrom");return NULL;}if(recvmsg.type == USER_TYPE_CHAT){printf("%s>%s\n", recvmsg.name, recvmsg.text);}if(recvmsg.type == USER_TYPE_OUT){break;}}return NULL;
}int main(void)
{ssize_t nsize = 0;struct msgbuf sendmsg; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd == -1){perror("fail to socket");return -1;}printf("请输入你的名字:\n");gets(name);memset(&sendmsg, 0, sizeof(sendmsg));sendmsg.type = USER_TYPE_INT;sprintf(sendmsg.name, "%s", name);recvaddr.sin_family = AF_INET;recvaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDR);nsize = sendto(sockfd, &sendmsg, sizeof(sendmsg), 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));if(nsize == -1){perror("fail to sendto");return -1;}pthread_create(&tid_send, NULL, SendMsg, NULL);pthread_create(&tid_recv, NULL, RecvMsg, NULL);pthread_join(tid_send, NULL);pthread_join(tid_recv, NULL);close(sockfd);
}
server.c
#include "head.h"int main(void)
{int sockfd = 0;ssize_t nsize = 0;ssize_t size = 0;struct sockaddr_in serveraddr;struct address useraddr[100];struct sockaddr_in userinfo;socklen_t addrlen = 0;addrlen = sizeof(userinfo);struct msgbuf recvuser;int i = 0;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd == -1){perror("fail to socket");return -1;}serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDR);bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));memset(useraddr, 0, sizeof(useraddr));while(1){memset(&recvuser, 0, sizeof(recvuser));memset(&userinfo, 0, sizeof(userinfo));nsize = recvfrom(sockfd, &recvuser, sizeof(recvuser), 0, (struct sockaddr *)&userinfo, &addrlen);if(nsize == -1){return -1;}if(recvuser.type == USER_TYPE_INT){for(i = 0; i < 100; i++){if(useraddr[i].mark == 1){continue;}else if(useraddr[i].mark == 0){useraddr[i].mark = 1;useraddr[i].cltaddr.sin_family = AF_INET;useraddr[i].cltaddr.sin_port = userinfo.sin_port;useraddr[i].cltaddr.sin_addr.s_addr = userinfo.sin_addr.s_addr;printf("欢迎用户:%s来到直播间!\n", recvuser.name);break;}}}else if(recvuser.type == USER_TYPE_OUT){for(i = 0; i < 100; i++){if(memcmp(&useraddr[i].cltaddr, &userinfo, sizeof(userinfo)) == 0){useraddr[i].mark = 0;printf("用户:%s离开直播间!\n", recvuser.name);}}}else if(recvuser.type == USER_TYPE_CHAT){printf("%s(%s:%d)>%s\n", recvuser.name, inet_ntoa(userinfo.sin_addr), ntohs(userinfo.sin_port), recvuser.text);for(i = 0; i < 100; i++){if(useraddr[i].mark != 0){size = sendto(sockfd, &recvuser, sizeof(recvuser), 0, (struct sockaddr *)&useraddr[i].cltaddr, sizeof(useraddr[i].cltaddr));if(size == -1){perror("fail to sendto");return -1;}}}}} close(sockfd);return 0;
}
在这里head.h中定义了两个结构体,已经定义了客户发过来的状态
#ifndef _HEAD_H_
#define _HEAD_H_#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <time.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>struct msgbuf
{int type;char name[32];char text[512];
};struct address
{struct sockaddr_in cltaddr;int mark;
};#define USER_TYPE_INT 100
#define USER_TYPE_OUT 200
#define USER_TYPE_CHAT 300#define SERVER_ADDR "192.168.1.162"
#define SERVER_PORT 5000#endif