《TCP IP网络编程》第一章-Toy模板网

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2023.6.28 正式开始学习网络编程。每一章每一节的笔记都会记录在博客中以便复习。

第1章

1.1理解网络编程和套接字

网络编程又叫套接字编程。所谓网络编程，就是编写程序使两台连网的计算机相互交换数据。为什么叫套接字编程？我们平常将插头插入插座上就能从电网中获取电力，同样的道理，为了与远程计算机进行数据传输，需要连接到因特网，而编程中的“套接字”就是用来链接网络的工具。

服务器端创建的套接字又叫服务器端套接字或者监听套接字。其请求连接的套接字创建过程分为四步：

调用socket函数创建套接字
调用bind函数分配IP地址和端口号
调用listen函数转为可接受请求状态
调用accept函数受理连接请求

请求连接的客户端套接字创建过程如下两步：

调用socket函数创建套接字
调用connect函数向服务器端发送连接请求

值得注意的是：创建完套接字，并不会马上区分为服务器端或客户端。如果接下来紧接着调用bind、listen等函数则成为服务器端套接字；如果调用connect函数则称为客户端套接字。

接下来在linux环境中编译并执行上述两个实例：hello_server.c文件和hello_client.c文件。

分别对客户端和服务端程序进行编译：

gcc hello_server.c -o hserver
gcc hello_client.c -o hclient

该命令中的-o是用来指定可执行文件名的可选参数，因此，编译后将生成可执行文件hserver和hclient。

运行：

./hserver 9190
./hclient 127.0.0.1 9190

运行的时候，首先在 9190 端口启动服务，然后 heserver 就会一直等待客户端进行响应，当客户端监听位于本地的 IP 为 127.0.0.1 的地址的9190端口时，客户端就会收到服务端的回应，输出`Hello World!`。

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ps：执行过程中输入的127.0.0.1是本地计算机的IP地址。如果在同一台计算机中同时运行服务器端和客户端，将采用这种连接方式。但如果服务器端和客户端在不同计算机中运行，则应采用服务器端所在计算机的IP地址。

1.2基于Linux的文件操作

底层访问和文件描述符

在linux中，socket也是文件的一种，因此在网络数据传输过程中可以使用文件I/O相关的函数。而Windows需要区分socket和文件，因此在Windows中需要调用特殊的数据传输相关函数。

每当生成文件或套接字，操作系统将返回分配给他们的整数，（即文件描述符），这个整数将成为程序员与操作系统之间良好沟通的渠道，实际上，文件描述符是为了方便称呼系统创建的文件或套接字而赋予的数。文件描述符也成为文件句柄，“句柄”是Windows中的术语，Linux平台则使用“描述符”。

打开文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int flag);
/*
成功时返回文件描述符，失败时返回-1
path : 文件名的字符串地址
flag : 文件打开模式信息
*/

关闭文件

#include <unistd.h>
int close(int fd);
/*
成功时返回 0 ，失败时返回 -1
fd : 需要关闭的文件或套接字的文件描述符
*/

若调用此函数同时传递文件描述符参数，则关闭（终止）响应文件。另外需要注意的是，此函数不仅可以关闭文件，还可以关闭套接字。再次证明了「Linux 操作系统不区分文件与套接字」的特点。

将数据写入文件

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
/*
成功时返回写入的字节数 ，失败时返回 -1
fd : 显示数据传输对象的文件描述符
buf : 保存要传输数据的缓冲值地址
nbytes : 要传输数据的字节数
*/

在此函数的定义中，size_t 是通过 typedef 声明的 unsigned int 类型。对 ssize_t 来说，ssize_t 前面多加的 s 代表 signed ，即 ssize_t 是通过 typedef 声明的 signed int 类型。

创建新文件并保存数据：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
void error_handling(char *message);

int main()
{
    int fd;
    char buf[] = "Let's go!\n";
    // O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC 是文件打开模式，将创建新文件，并且只能写。如存在 data.txt 文件，则清空文件中的全部数据。
    fd = open("data.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
    if (fd == -1)
        error_handling("open() error!");
    printf("file descriptor: %d \n", fd);
    // 向对应 fd 中保存的文件描述符的文件传输 buf 中保存的数据。
    if (write(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)
        error_handling("write() error!");
    close(fd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

运行后会生成一个data.txt的文件，里面有Let's go!

读取文件中的数据

与之前的write()函数相对应，read()函数用来输入（接收）数据：

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
/*
成功时返回接收的字节数（但遇到文件结尾则返回 0），失败时返回 -1
fd : 显示数据接收对象的文件描述符
buf : 要保存接收的数据的缓冲地址值。
nbytes : 要接收数据的最大字节数
*/

下面代码通过 read() 函数读取 data.txt 中保存的数据：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *message);

int main()
{
    int fd;
    char buf[BUF_SIZE];

    fd = open("data.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1)
        error_handling("open() error!");
    printf("file descriptor: %d \n", fd);

    if (read(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)
        error_handling("read() error!");
    printf("file data: %s", buf);
    close(fd);
    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

实验结果：

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