《Unix/Linux系统编程》第十三章学习笔记

TCP/IP和网络编程

TCP/IP协议

互联网的基础。

TCP代表传输控制协议，IP代表互联网协议。

TCP/IP的组织结构分为几个层级，通常称为TCP/IP堆栈。如图所示为 TCP/IP 的各个层级以及每一层级的代表性组件及其功能。

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进程与主机之间的传输层或其上方的数据传输只是逻辑传输。实际数据传输发生在互联网（IP）和链路层，这些层将数据包分成数据帧，以便在物理网络之间传输。下图所示为 TCP/IP 网络中的数据流路径。

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IP主机和地址

主机是支持TCP/IP协议的计算机设备。每个主机由一个32位的IP地址来标识。

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。下图所示是IP头格式：

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UDP/TCP

  • UDP（用户数据报协议）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。

端口信号

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。根据计算机网络课程中讲述的内容，端口可以分为公认端口（0-1023）、注册端口（1024-49151）、私有端口（49152-65535）。

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。下图给出了在传输层中使用TCP 的一些应用程序及其默认端口号。

TCP/Ip网络中的数据流

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图中，应用程序层的数据被传递到传输层，传输层给数据添加一个TCP或UDP 报头来标识使用的传输协议。合并后的数据被传递到IP 网络层，添加一个包含 IP地址的IP 报头来标识发送和接收主机。然后，合并后的数据再被传递到网络链路层，网络链路层将数据分成多个帧，并添加发送和接收网络的地址，用于在物理网络之间传输。IP地址到网络地址的映射由地址解析协议（ARP）执行（ARP1982）。在接收端，数据编码过程是相反的。每一层通过剥离数据头来解包接收到的数据、重新组装数据并将数据传递到上一层。发送主机上的应用程序原始数据最终会被传递到接收主机上的相应应用程序。

代码实践：

代码链接：

https://gitee.com/gao_ze_zheng/passage3/blob/master/第十三章学习笔记/13.1.c#

运行结果：

image-20211127112609728

套接字编程

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
)；

在套接字地址结构中，
● TCP/IP 网络的 sin_family 始终设置为 AF_INET。

● sin_port包含按网络字节顺序排列的端口号。

●sin addr是按网络字节顺序排列的主机IP地址。

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。

TCP/UDP套接字

UDP 套接字使用 sendto（/recvfrom（来发送/接收数据报。

ssize_t sendto(int soCkfd,const void *buf,size_t len,int flags,
const struct sockaddr *dest_addr,socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags,
struct sockaddr *src_addr,socklen_t *addrlen);

在创建套接字并将其绑定到服务器地址之后，TCP服务器使用listen（）和 accept（）来接收来自客户机的连接
int listen(int sockfd, int backlog);
listen（）将 sockfd引用的套接字标记为将用于接收连人连接的套接字。backlog 参数定义了等待连接的最大队列长度。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen t *addrlen);

Web和CGI编程

万维网（WWW）或 Web 是互联网上的资源和用户组合，它使用超文本传输协议（HTTP）（RFC2616 1999）进行信息交换。自 20世纪 90年代初问世以来，随着互联网能力的不断扩展，Web 已经成为世界各地人们日常生活中不可或缺的一部分。因此，对于计算机科学的学生来说，了解这项技术非常重要。在本节中，我们将介绍 HTTP和Web编程的基础知识。Web 编程通常包括Web开发中涉及的编写、标记和编码，其中包括Web 内容、Web 客户机和服务器脚本以及网络安全。狭义上，Web编程指的是创建和维护 Web 页面。Web编程中最常用的语言是HTML、XHTML、JavaScript、Perl5和 PHP。

Http编程模型

HTTP是一种基于服务器-客户机的协议，用于互联网上的应用程序。它在TCP上运行，因为它需要可靠的文件传输。图13.10所示为HTTP编程模型。

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在HTTP 中，客户机可发出多个URL，将请求发送到不同的HTTP服务器。客户机与特定服务器保持永久连接不但没有必要，也不可取。客户机连接到服务器只是为了发送请求，发送完毕后会关闭连接。同样，服务器连接到客户机也只是为了发送应答，发送完毕后会再次关闭连接。每个请求或应答都需要一个单独的连接。这意味着 HTTP是一种无状态协议，因为在连续的请求或应答之间不需要维护任何信息。自然，这将导致大量系统开销和效率低下。为弥补这一缺乏状态信息的问题，HTTP 服务器和客户机可使用 cookie 来提供和维护它们之间的一些状态信息。

Web界面

Web 页面是用HTML标记语言编写的文件。Web文件通过一系列HTML元素指定Web 页面的布局，可在 Web 浏览器上解释和显示。常用的Web 浏览器有Internet Explorer、Firefox、Google Chrome 等。创建 Web 页面相当于使用HTML 元素作为构建块创建文本文件。与其说它是编程，不如说是文书类工作。因此，我们不讨论如何创建Web 页面。相反，我们将只使用一个示例 HTML文件来说明Web 页面的本质。下面给出了一个简单的HTML Web 文件。

CGI编程

CGI代表通用网关接口（RFC 3875 2004）。它是一种协议，允许 Web服务器执行程序，根据用户输入动态生成Web 页面。使用CGI.Web 服务器不必维护数百万个静态Web 页面文件来满足客户机请求。相反，它通过动态生成Web 页面来满足客户机请求。图13.14显示了CGI编程模型。

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在 CGI编程模型中，客户机发送一个请求，该请求通常是一个HTML表单，包含供服务器执行的 CGI程序的输入和名称。在接收到请求后，httpd服务器会派生一个子进程来执行 CGI程序。CGI程序可以使用用户输入来查询数据库系统，如 MySQL，从而根据用户输入生成 HTML 文件。当子进程结束时，httpd服务器将生成的HTML 文件发送回客户机。CGI 程序可用任何编程语言编写，如 C语言、sh 脚本和Perl。

通过GUI实现动态Web页面

代码链接如下：

https://gitee.com/gao_ze_zheng/passage3/blob/master/

运行结果：

posted @ 2021-11-27 15:43  20191231  阅读(24)  评论(0)  编辑  收藏  举报