一、学习任务
自学教材第13章，提交学习笔记（10分），评分标准如下
1. 知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容 （4分）
“我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题”
核心是要求GPT：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问” 然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？”
如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：“针对我XXX知识点，我理解了吗？” GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。
2. 问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）
3. 实践过程截图，代码链接（2分）
4. 其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）
二、知识总结
摘要
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。第二个编程项目可让读者在Linux HTTPD 服务器上通过CGI 编程实现服务器端动态 Web页面。
13.1TCP/IP协议
TCP 代表传输控制协议。 IP 代表互联网协议。目前有两个版本的IP, 即 IPv4 和 IPv6 。IPv4 使用32位地址， IPv6 则 使用128位地址。
TCP/IP的组织结构分为几个层级，通常称为TCP/IP 堆栈。
顶层是使用TCP/IP 的应用程序。用于登录到远程主机的ssh 、用于交换电子邮件的mail 、用于Web页面的http 等应用程序需要可靠的数据传输。通常，这类应用程序在传输 层使用TCP。另一方面，有些应用程序，例如用于查询其他主机的 ping 命令，则不需要可 靠性。这类应用程序可以在传输层使用UDP 来提高效率 (RFC 7681980;Comer 1988)。传输层负责以包的形式向IP 主机发送/接收来自IP 主机的应用程序数据。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。
13.2ip主机和地址
主机是支持TCP/IP 协议的计算机或设备。每个主机由一个32位的 IP 地址来标识。实际上，应用程序通常使用主机名而不是IP 地址。在这个意义上说，主机名就等同于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。
13.3ip协议与数据包格式
IP协议用于在IP主机之间发送/接收数据包。IP 数据包由IP头、发送方IP 地址和接收方IP 地址以及数据组成。每个IP 数据包的大 小最大为64KB
13.4路由器
路由器是接收和转发数据包的特殊IP主机。
每个IP包在IP报头中都有一个8位生存时间 (TTL) 计数，其最大值为255。在每个路由器上，TTL会减小1。如果TTL减小到0,而包仍然没有到达目的地，则会直接丢弃它。
13.5udp和tcp
UDP(用户数据报协议)在IP上运行，用于发送/接收数据报。
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。
13.6端口编号
在各主机上，多个应用程序(进程)可同时使用TCP/UDP 。 每个应用程序由三个组成部分唯一标识
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。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。
13.7网络和主机字节序
计算机可以使用大端字节序，也可以使用小端字节序。在互联网上，数据始终按网络 序排列，这是大端。在小端机器上，例如基于Intelx86 的 PC,htons（) 、htonl（) 、ntohs（)、ntohs（） 等库函数，可在主机序和网络序之间转换数据。例如，PC 中的端口号1234按主机字 节序(小端)是无符号短整数。必须先通过htons(1234)把它转换成网络序，才能使用。相反，从互联网收到的端口号必须先通过 ntohs(port) 转换为主机序。
13.8TCP/IP网络中的数据流
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。
13.9网络编程
要进行网络编程，读者必须能够访问支持网络编程的平台。
大多数网络编程任务都基于服务器-客户机计算模型。在服务器-客户机计算模型中， 我们首先在服务器主机上运行服务器进程。然后，我们从客户机主机运行客户机。在 UDP 中，服务器等待来自客户机的数据报，处理数据报并生成对客户机的响应。在TCP中，服 务器等待客户机连接。客户机首先连接到服务器，在客户机和服务器之间建立一个虚拟电 路。建立连接后，服务器和客户机可以交换连续的数据流。
13.10套接字编程
在网络编程中，TCP/IP的用户界面是通过一系列C 语言库函数和系统调用来实现的， 这些函数和系统调用统称为套接字API ((Rago 1993;Stevens 等2004)。为了使用套接字 API, 我们需要套接字地址结构，它用于标识服务器和客户机。netdb.h和 sys/socket.h 中有 套接字地址结构的定义。
13.10.1套接字地址
struct ); struct }; 套接字地址 sockaddr_in ( sa_family_t sin_family; //AF_INET for TCP/IP in_port_t sin_port; //port number struct in_addr sin_addr;//IP address in_addr( //internet address uint32_t s_addr; //IP address in network byte order
在套接字地址结构中，
●TCP/IP 网络的sin_family始终设置为 AF_INET。13.10.2 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 sendtoO)/ recvfrom()调用中提供一个包含服务器IP和端口号的套接字地址。下面给出了socket()系统 调用，它创建一个套接字并返回一个文件描述符
1.int 套接字(int 域，int 类型， int 协议)
2.int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)
3.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,congt 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 *sre_addr,socklen_t *addrlen);
sendto()将缓冲区中的len 字节数据发送到由 dest_addr标识的目标主机，该目标主机包 含目标主机IP 和端口号。recvfrom()从客户机主机接收数据。除了数据之外，它还用客户机 的 IP和端口号填充sre_addr, 从而允许服务器将应答发送回客户机。
4.TCP 套接字
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);
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);
13.11UDP回显服务器-客户机程序
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/ip.h> #define BUFLEN 256 //max length of buffer #define PORT 1234 //fixed server port number char line[BUFLEN]; struct sockaddr_in me, client; int sock,rlen,clen =sizeof(client); int main() ( printf("1.create a UDP socket\n"); sock =socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP); printE("2.fill me with server address and port number\n") memset((char *)&me,0,sizeof(me)); me.sin_family =AF_INET; me.sin_port =htons(PORT); me.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);//use localhost printf("3.bind socket to server IP and port\n"); bind(sock,(struct sockaddr*)&me,sizeof(me)); printf("4,wait for datagram\n"); while(1)( memset(line,0,BUFLEN); printf("UDP server:waiting for datagram\n"); //recvfrom()gets client IP,port in sockaddr_in clinet rlen=recvfrom(sock,line,BUFLEN,0,(struct sockaddr *)&client,&clen); printf("received a datagram from [host:port]=[8s:8d]\n", ohs(client.sin_port)); printf("send reply\n"); sendto(sock,line,rlen,0,(struct sockaddr*)&client,clen); } ) /*****C13.1.b:UDP client.c file *****/ #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<sys/socket.h> #include <netinet/ip.h> #define SERVER_HOST“ 127.0.0.1”//default server IP:localhost #define SERVER_PORT 1234 //fixed server port number #define BUFLEN 256 //max length of buffer char line[BUFLEN]; struct sockaddr_in server; int sock,rlen,slen=sizeof(server); int main() printf("1.create a UDP socket\n"); sock =socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP); printf("2.fill in server address and port number\n"); memset((char *)&server,0,sizeof(server)); other.sin_family =AF_INET; other.sin_port =htons(SERVER_PORT); inet_aton(SERVER_HOST,&server.sin_addr) while(1)( printf("Enter a line :"); gii,sntdein)1]=0; printf("send line to server\n"); sendto(sock,line,strlen(line),0,(struct sockaddr *)&server,slen); memset(line,0,BUFLEN); printf("try to receive a line from server\n"); rlen=recvfrom(gock,line,BUFLEN,0,(struct sockaddr*)&server,&slen); printf("rlen=%d:line=8s\n",rlen,line);
输出示例
13.12UDP回显服务器-客户机程序
/********C13.2.a:TCP server.c File ********/ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/socket.h> #include <netdb.h> #define MAX 256 #define SERVER_HOST "localhost" #define SERVER_IP “127.0.0.1 ” #define SERVER_PORT 1234 struct sockaddr_in server_addr,client_addr; int mysock,csock; //socket descriptors int r,len,n; //help variables int server_init() printf("==================server init ============== ===\n"); // create a TCP socket by socket()syscall printf("1:create a TCP STREAM socket\n"); mysock =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(mysock <0)( printf("socket call failed\n");exit(1); ) printf("2:fill server_addr with host IP and PORT#info\n"); //initialize the server_addr structure server_addr.sin_family =AF_INET; //for TCP/IP server_addr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);//This HOST IF server_addr.sin_port =htons(SERVER_PORT); //port number 1234 ,( skas&r,sizeof(server_addr)): printf("bind failed\n");exit(3); rintf(" hostname =8sport =8d\n",SERVER_HOST,SERVER_PORT); printf("4:server is listening ..\n"); printf("===================init done =============== =\n"); int main() { char line[MAX]; server_init(); while(1)( //Try to accept a client request printf("server:accepting new connection ..\n"); //Try to accept a client connection as descriptor newsock len =sizeof(client_addr); csock =accept(mysock,(struct sockaddr *)&client_addr,&len); if(csock <0){ printf("server:accept error\n");exit(1); ) printf("server:accepted a client connection from\n"); (-----------------\n"); inet_ntoa(client_addr.sin_addr.s_addr), ntohs(client_addr.sin_port)); printf("--------------------------------------------\n") //Processing loop:client_sock <==data ==>client while(1)( (csock,line,MAX); printf("server:client died,server loops\n"); close(csock); break; } //show the line string printf("server:read n=8d bytes;line=8s\n",n,line); rcsk,Ax); printf("server:wrote n=8d bytes;ECHO=8s\n",n,line); printf("server:ready for next request\n"); } } 1********C13.2.b:TCP client.c file TCP ********/ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/socket.h> #include <netdb.h> #define MAX 256 #define SERVER_HOST "localhost" #define SERVER_PORT 1234 struct sockaddr_in server_addr; int sock,r; int client_init() { printf("=======clinet init ==========\n"); printf("1:create a TCP socket\n"); sock s socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sock<0){ printf("socket call failed\n");exit(1); } printf("2:fill server_addr with server's IP and PORT#\n"); server_addr.sin_family =AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);//localhost server_addr.sin_port =htons(SERVER_PORT);//server port number printf("3:connecting to server ....\n"); r =connect(sock,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr)); if (r<0)( printf("connect failed\n"); exit(3); ) printf("4 :connected OK to\n"); printf("------------------------------------------- ------\n"); printf("Server hostname=8s PORT=8d\n", SERVER_HOST,SERVER_PORT); -----------------\n"); } int main() ( int n; char line[MAX],ans[MAX]; client_init(); printf("******** processing 1oop *********\n"); while(1){ printf("input a line:"); bzero(line,MAX); //zero out line[] fgets(line,MAX,stdin); //get a line from stdin line[strlen(line)-1]=0; //kill \n at end if(line[0]==0) //exit if NULL line exit(0); //Send line to server i(=Xd; bytes;line=8s\n",n,line); //Read a line from sock and show it n =read(sock,ans,MAX); printf("client:read n=8d bytes;echo=8s\n",n,ans); }
输出示例
13.13主机名和ip地址
如果读者打算在不同的主机上运行服务器和客户机，服务器端 口号由操作系统内核分配，则需要知道服务器的主机名或IP 地址及其端口号。如果某台计 算机运行 TCP/IP, 它的主机名通常记录在/etc/hosts 文件中。
下面的代码段展示了如何使用 gethostbyname()和 getsockname()来获取服务器 IP地址 和端口号(若是动态分配)。
//1.gethostname(),gethostbyname() gethostname(myname,64); *hp s gethostbyname(myname); printf("unknown host 8s\n",myname);exit(1); } //2,initialize the server_addr structure server_addr.sin_family =AF_INET; //for TCP/IP server_addr,sin_addr.s_addr=*(1ong *)hp->h_addr; server_addr.sin_port =0;//let kernel assign port number //3.create a TCP socket int mysock =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //4.bind socket with server_addr bind(mysock,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(Berver_addr)); //5,get socket addr to show port number assigned by kernel getsockname(mysock,(struct sockaddr *)&name_addr,&length); //6,show server host name and port number printf("hostname=%s IP=8s port=8d\n",hp->h_name, inet_ntoa(*(long *)hp->h_addr),ntohs(name_addr.sin_port)); /*********TCP client code *********/ //run as client server_name server_port struct sockaddr_in server_addr,sock_addr; //1. get server IP by name struct hostent *hp =gethostbyname(argv[1]); SERVER_IP =*(1ong *)hp->h_addr; SERVER_PORT =atoi(argv[2]); //2.create TCP socket int sock =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //3.fill server_addr with server IP and PORT# server_addr.sin_family =AF_INET; server_adar.sin_addr.s_addr =SERVER_IP; server_addr,sin_port =htons(SERVER_PORT); //4.connect to server connect(sock,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr));
三、苏格拉底问答
浙公网安备 33010602011771号