《Unix/Linux系统编程》第十三章学习笔记 20201209戴骏

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。

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。

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。

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, &copy_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,&copy_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;
}