实习日记（5-18）Socket与MQTT

小记

这里淘到一篇讲Socket的博客：
https://www.jianshu.com/p/066d99da7cbd
这一篇也不错：https://www.cnblogs.com/hissia/p/5730135.html

简单梳理一下:

什么是Socket

一张图让你知道Socket在哪里用到：

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。

它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。
socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。
　　我的理解就是Socket就是该模式的一个实现：即socket是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。
　　Socket()函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。

网络通讯

网络通讯中如何标识主机唯一

TCP/IP协议已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机

网络通讯中如何标识进程唯一

传输层的协议+端口可以唯一标识主机中的应用程序（进程），因此，我们利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互

Socket通讯两种方式

SOCK_STREAM：表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。
SOCK_DGRAM：表示无连接的数据传输方式。计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。
　　例如：QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响

这里跟TCP、UDP很像

TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。

UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

关于TCP是一种流模式的协议，UDP是一种数据报模式的协议，这里要说明一下，TCP是面向连接的，也就是说，在连接持续的过程中，socket中收到的数据都是由同一台主机发出的（劫持什么的不考虑），因此，知道保证数据是有序的到达就行了，至于每次读取多少数据自己看着办。

而UDP是无连接的协议，也就是说，只要知道接收端的IP和端口，且网络是可达的，任何主机都可以向接收端发送数据。这时候，如果一次能读取超过一个报文的数据，则会乱套。比如，主机A向发送了报文P1，主机B发送了报文P2，如果能够读取超过一个报文的数据，那么就会将P1和P2的数据合并在了一起，这样的数据是没有意义的。

Socket常用函数接口及其原理

tcpscoket实现图解：

udpscoket图解：

socket调用库函数主要有：创建套接字 Socket(af,type,protocol)建立地址和套接字的联系 bind(sockid, local addr, addrlen)服务器端侦听客户端的请求 listen( Sockid ,quenlen)建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP） 客户端请求连接 Connect(sockid, destaddr, addrlen)服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求 newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)发送/接收数据 面向连接：send(sockid, buff, bufflen) recv( )面向无连接：sendto(sockid,buff,…,addrlen) recvfrom( )释放套接字 close(sockid)

具体内容还是需要去看上面的博客

TcpSocket和UdpSocket

Tcp：
服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，然后调用listen在相应的socket上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am server!"。最后关闭该socket。

客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，请求连接服务器，通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am client!"。最后关闭该socket。

Udp：
服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串返回给客户端。

客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号，从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字符串。最后关闭该socket。

笔记

C 枚举

在C语言中，枚举是之中基本数据类型
枚举格式：

enum　枚举名　{枚举元素1,枚举元素2,……};

实例：
假如一周有七天，不用枚举定义如下：

#define MON  1
#define TUE  2
#define WED  3
#define THU  4
#define FRI  5
#define SAT  6
#define SUN  7

使用枚举定义如下：

enum DAY
{MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};

注意：
第一个枚举成员的默认值为整型的 0，后续枚举成员的值在前一个成员上加 1。我们在这个实例中把第一个枚举成员的值定义为 1，第二个就为 2，以此类推。

enum season {spring, summer=3, autumn, winter};

在这个例子中 spring 的值为 0，summer 的值为 3，autumn 的值为 4，winter 的值为 5

枚举实例

    enum day{saturday=1,sunday,monday,tuesday,wednesday,thursday,friday};int week;printf("week:");scanf("%d", &week);switch (week){case saturday:printf("saturday");break;case sunday:printf("sunday");break;}

注意：
应该说明的是，枚举类型是一种基本数据类型，而不是一种构造类型，因为它不能再分解为任何基本类型。

单精度和双精度

单精度：float
双精度：double
在32位系统中，float占4个字节，double占8个字节。

    float a=1.1;double b=1.1;printf("float_length:%d",sizeof(a));printf("\n");printf("double_length:%d",sizeof(b));printf("\n");

双精度精确度高，可以精确到小数点后15位有效数，单精度只能精确到7位

定点数和浮点数

定点数：
小数点固定的位于实数所有数字中间的某个位置。货币的表达就可以使用这种方式，比如 99.00 或者 00.99 可以用于表达具有四位精（Precision）小数点后有两位的货币值。
浮点数：
用一个尾数（Mantissa ），一个基数（Base），一个指数（Exponent）以及一个表示正负的符号来表达实数。比如 123.45 用十进制科学计数法可以表达为 1.2345 × 102 ，其中 1.2345 为尾数，10 为基数，2 为指数。浮点数利用指数达到了浮动小数点的效果。

MQTT协议

MQTT协议是干嘛的

MQTT教程：https://www.runoob.com/w3cnote/mqtt-intro.html

自己梳理一下：

MQTT (Message Queue Telemetry Transport)，翻译成中文就是，遥测传输协议，其主要提供了订阅/发布两种消息模式，更为简约、轻量，易于使用，特别适合于受限环境（带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定）的消息分发，属于物联网（Internet of Thing）的一个标准传输协议。

MQTT是应用层的协议。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器的通信协议。

MQTT和TCP、WebSocket的关系可以用下图一目了然:

MQTT协议专注于网络、资源受限环境，建立之初不曾考虑WEB环境。HTML5 Websocket是建立在TCP基础上的双通道通信，和TCP通信方式很类似，适用于WEB浏览器环境。虽然MQTT基因层面选择了TCP作为通信通道，但我们添加个编解码方式，MQTT over Websocket也可以的。这样做的好处，MQTT的使用范畴被扩展到HTML5、桌面端浏览器、移动端WebApp、Hybrid等，多了一些想像空间。这样看来，无论是移动端，还是WEB端，MQTT都会有自己的使用空间。

MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT实现

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

有三种消息发布服务质量：

“至多一次”，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要普通APP的推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。qos=0

“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。qos=1

“只有一次”，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。qos=2

Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；

payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

MQTT协议数据包结构

在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、消息体（payload）三部分构成。MQTT数据包结构如下：

固定头（Fixed header）。存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识。
可变头（Variable header）。存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。
消息体（Payload）。存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容。

具体还是要看上述博客中