【网络编程】基于TCP/IP协议的C/S模型
相关视频——C3程序猿-windows网络编程：第一部分tcp/ip
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基于TCP/IP协议的C/S模型
- 基于TCP/IP协议的C/S模型
- TCP/IP协议
- Client/Server客户端/服务器模型
- 套接字编程与socket编程
- 使用
- 服务端
- 网络头文件&网络库
- 打开网络库
- 参数1
- 参数2
- 返回值
- 校验版本
- 创建socket
- 什么是socket
- 意义
- 本质
- 应用
- 参数1
- 参数2
- 参数3
- 返回值
- 绑定地址与端口
- 作用
- 参数1
- 参数2
- 返回值
- 开始监听
- 作用
- 参数1
- 参数2
- WSAAPI
- 返回值
- 创建客户端socket/接收连接
- 作用
- 参数1
- 参数2
- 参数3
- 返回值
- accept调试
- 与客户端收发消息
- 收
- 原理
- 参数1
- 参数2
- 参数3
- 参数4
- 返回值
- 发
- 作用
- 参数1
- 参数2
- 参数3
- 参数4
- 返回值
- 完整代码
- 客户端
- 链接到服务器
- 作用
- 参数1
- 参数2
- 参数3
- 返回值
- 完整代码
- 延伸
基于TCP/IP协议的C/S模型
TCP/IP协议
全称——Transmission Control Protocol / Internet Protocol
重要性——TCP/IP协议是今天互联网的基石，没有这个就上不了网
概念——TCP/IP协议族(簇，组，体系），并不是TCP协议和IP协议的总称，指的是整个网络传输体系。而TCP协议和IP协议就是单单的两个协议。
特点——面向可连接的，可靠的，基于数据报的传输协议层。
UDP/IP协议——面向非连接的，不可靠的，基于数据报的传输层协议。
Client/Server客户端/服务器模型
C/S模型其实是概念层面的，实现层面可以是基于任何的网络协议。
常见的还有B/S模型——浏览器/服务器模型，基于http/https协议的
套接字编程与socket编程
socket中文——套接字
统称网络编程
使用
- 局域网
- 广域网——内网穿透，内网转发
服务端
网络头文件&网络库
是最底层的网络函数，QT、MFC、WPF等封装好的网络库都是对这些最本质的网络函数的二次封装。
不区分大小写(windows)
#include<WinSock2.h>
//第二版的网络库，是一版的升级优化版本
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
//.lib静态库后缀，是库文件，将.cpp文件编译为二进制文件
//好处:使用时无需编译，直接使用，解决时间
//32位编译环境和64位编译环境都用这个，没有ws2_64
打开网络库
功能：
打开网络库/启动网络库，启动了这个库，库里的函数才能使用，功能才能实现。
int WSAStarp(
WORD wVersionRequired,
LPWSADATA lpWSAData
);
参数1
参数1-使用哪个版本的网络库-WORD-无符号shortWORD wdVersion = MAKEWORD(2, 1);
//主版本号2存在低数据位，副版本号1存在高数据位
（参数前面有lp传地址）
参数2
参数2-创建一个结构体，传递给系统，系统将信息放到结构体中，函数调用之后在外面通过结构体查看系统传递给我们的信息。
********************************************************************************WSADATA wdSockMsg;
********************************************************************************
其中包括struct WSAData {WORD wVersion;//我们要使用的版本WORD wHighVersion;//系统能提供给我们的最高的版本unsigned short iMaxSockets;//返回可用的socket数量，2版本之后就没用了unsigned short iMaxUdpDg;//UDP数据报信息的大小，2版本之后就没用了char FAR * lpVendorInfo;//供应上特定的信息，2版本呢之后就没用 了char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];//当前库的描述信息，2.0是第二版的意思char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];}
****************************************************************************************************************************************************************WSAStartup(wdVersion,&wdSockMsg);
********************************************************************************
当输入的版本不存在例如:1.3 2.3——有主版本，没有副版本 得到主版本的的最大副版本 1.1 2.2并使用3.1 3.3——超过最大版 本号，使用系统能提供的最大版本2.20.0 0.1 0.3——主版本是0，不支持请求的套接字版本
返回值
每一种错误有它唯一的对应码
if (nRes != 0){printf("网络库打开失败");return 0;}返回值-成功返回0-失败返回对应错误的宏WSASYSNOTREADY 10091 底层网络子系统尚未准备好进行网络通信。 系统配置问题，重启下电脑，检查ws2_32库是否存在，或者是否在环境配置目录下WSAVERNOTSUPPORTED 10092 此特定Windows套接字实现不提供所请求的Windows套接字支持版本。 要使用的版本不支持WSAEPROCLIM 10067 已达到对Windows套接字实现支持的任务数量的限制。Windows Sockets实现可能限制同时使用它的应用程序的数量WSAEINPROGRESS 10036 正在阻止Windows Sockets 1.1操作。 当前函数运行期间，由于某些原因造成阻塞，会返回在这个错误码，其他操作均禁止WSAEFAULT 10014 lpWSAData参数不是有效指针。 参数写错了
校验版本
HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2 || LOBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2HIBYTE是高位-副版本LOBYTE是低位-主版本例如:只要有一个不是2，说明系统不支持我们要的2.2版本前面为主版本，后面为副版本要打开2.1
HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 1 && LOBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2如果版本不对WSACleanup();//清理网络库return 0;
创建socket
SOCKET socket(int af,int type,int protocol
);
例如
SOCKET socketServer = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
什么是socket
将底层复杂的协议体系，执行流程，进行封装，封装完的结果，就是一个socket了。
也就是说，socket是我们调用协议进行通信的操作接口。
意义
将复杂的协议过程与编程人员分开，我们只需要操作一个简单那的SOCKET就行了，对于底层的协议过程细节，我们完全不用知道，这就大大的方便了我们。
网络编程难在协议本身的复杂性，简单在我们编程层面完全不用考虑哪些。
本质
就是一种数据类型。就是一个整数。
socket的值是唯一的，通过这个值找到对应的协议。
应用
网络通信的函数，全都要使用SOCKET,每个客户端有一个SOCKET，服务器有一个SOCKET，通信的时候，就需要这个SOCKET做参数，跟谁通信，就要传递谁的SOCKET。
SOCKET是网络封装的精华，写代码就是不停的使用SOCKET这个变量，所以又叫SOCKET编程。
参数1
地址的类型
加入你要与好友取得联系，可以通过 电话、QQ、微信等方式
AF_INET 2ipv4地址Internet协议版本地址系列例如:192.168.1.1030.0.0.0~255.255.255.2554字节，32位的地址点分十进制表示法AF_INET6 23ipv6地址Internet协议版本地址系列例如:2001:0:3238:DFE1:63::FEFB16字节，128位地址AF_BTH 32 蓝牙地址 例如:6B:2D:BC:A9:8C:12
AF_IRDA 26 红外数据协会(lrDA)地址
参数2
套接字类型
SOCK_STREAM 1提供给带有OOB数据传输机制的顺序，可靠，双向，基于连接的字节流。使用TCP作为internet地址系列AF_INET or AF_INET6SOCK_DGRAM 2固定(通常很小)最大长度的无连接，不可靠的缓冲区。使用UDP作为internet地址系列AF_INET or AF_INET6SOCK_RAW 3提供允许应用程序操作下一个上层协议头的原始套接字。 要操作IPv4标头，必须在套接字上设置IP_HDRINCL套接字选项。要操作IPv6标头，必须在套接字上设置IPV6_HDRINCL套接字选项。SOCK_RDM 4 提供可靠的消息数据报。
这种类型的一个示例是Windows中的实用通用多播（PGM）多播协议实现，通常称为可靠多播节目。
仅在安装了可靠多播协议时才支持此类型值。
SOCK_SEQPACKET 5 提供基于数据报的伪流数据包。
参数3
协议类型
这个位置写0是什么意思？ 即系统给我们自动选择合适的协议。但不明确。
IPPROTO_TCP传输控制协议（TCP）。 当af参数为AF_INET或AF_INET6且类型参数为SOCK_STREAM时，这是一个可能的值。可能的值是什么意思？如果有个协议TOP前两个参数也传这样的参数，此时(socket)第三个参数即写成IPPROTO_TOPIPPROTO_UDP
用户数据报协议（UDP）。 当af参数为AF_INET或AF_INET6且类型参数为SOCK_DGRAM时，这是一个可能的值。
IPPROTO_ICMP Internet控制消息协议（ICMP）。 当af参数为AF_UNSPEC，AF_INET或AF_INET6且类型参数为SOCK_RAW或未指定时，这是一个可能的值。
IPPROTO_IGMP
Internet组管理协议（IGMP）。
当af参数为AF_UNSPEC，AF_INET或AF_INET6且类型参数为SOCK_RAW或未指定时，这是一个可能的值。
IPPROTO_RM
用于可靠多播的PGM协议。
当af参数为AF_INET且类型参数为SOCK_RDM时，这是一个可能的值。
在针对Windows Vista及更高版本发布的Windows SDK上，此协议也称为IPPROTO_PGM。
仅在安装了可靠多播协议时才支持此协议值。
返回值
成功-返回可用的socket
失败-不用了一定要释放掉——closesocket(xxx);然后再WSACleanup();清理网络库注意二者的先后顺序，一定要先释放,然后再清理网路库，因为closesocket()是网络库中的函数。
********************************************************************************
失败——返回INVALID_SOCKETif (INVALID_SOCKET == socketServer){int a = WSAGetLastError();//获取错误码WSACleanup();return 0;}//获取错误码——int a = WSAGetLastError();//检测在它上面离它最近的错误码 绑定地址与端口
int bind( SOCKET s, const sockaddr* addr, int namelen);
作用
给我们的socket绑定端口号和具体地址
地址：找到电脑，理论上只有一个。
端口号：找到电脑上对应软件的具体功能，每个通信的端口号是唯一的，同一个软件可能占用多个端口号。
参数1
传递上面创建好的socket
(scoket绑定好地址类型、socket类型，协议类型)
(bind绑定实质的地址、端口号)
参数2
struct sockaddr {ushort sa_family;//地址类型char sa_data[14];//端口号 ip地址//往一个字符串中赋值端口号和ip地址不好赋所以给出sockaddr_in,与之对应
};//16个字节struct sockaddr_in {short sin_family;//地址类型u_short sin_port;//端口号struct in_addr sin_addr;//ip地址,4字节char sin_zero[8];
};//16字节
//两个结构体大小和内存排布一样结构体-地址类型-ip地址 127.0.0.1-回送地址 本地回环地址 本地网络测试192.168.xxx.xxx- 用户ip地址-端口号 就是一个整数，0~65535。unsigned short理论上0~65535都可以，但是0~1023为系统保留占用端口号21端口分配给FTP(文件传输协议)服务25端口分配给SMTP（简单邮件传输协议）服务80端口分配给HTTP服务所以真正的范围是1024~65535端口是唯一的。打开cmd，输入netstat -ano 查看被使用的所有端口netstat -aon|findstr "12345"检查我们要使用的端口是否被占用SOCKETADDR_IN为sockaddr提供方便
创建一个结构体SOCKETADDR_IN
为其中的结构体成员赋值
然后将它强转成sockaddr添加成功SOCKADDR_IN si;si.sin_family = AF_INET;//地址类型si.sin_port = htons(12345);//端口-将输入的unsigned short转换si.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127,0,0,1");//ip地址bind(socketServer, (const struct sockaddr*)&si, sizeof(si));返回值
成功-返回0
失败-失败 返回宏SOCKET_ERROR具体错误码通过WSAGetLastError()获得if (SOCKET_ERROR == bind(socketServer, (const struct sockaddr*)&si, sizeof(si)))
{int a = WSAGetLastError(); //释放closesocket(socketServer);//关闭网络库WSACleanup();return 0;
}开始监听
int WSAAPI listen( SOCKET s, int backing);
listen(socketServer, SOMAXCONN);
作用
将套接字置于正在侦听传入连接的状态。
参数1
服务器端的socket,也就是socket函数创建的。
参数2
挂起连接的最大长度。(排队等待区)休息区的长度。
可以手动设置，可能是2~10，一般是SOMAXCONN让系统自己选择最合适的个数。不同系统的环境不一样，所以这个合适的数也都不一样。
WSAAPI
调用约定，是给操作系统看的，我们可以忽略它。
决定-函数名字的编译方式-参数的入栈顺序-函数的调用时间。
返回值
成功-返回0
失败-返回宏SOCKET_ERRORif (SOCKET_ERROR == listen(socketServer, SOMAXCONN)){//出错了int a = WSAGetLastError();//释放closesocket(socketServer);//关闭网络库WSACleanup();return 0;}
创建客户端socket/接收连接
将每个客户端的信息都创建成一个socket。
SOCKET WSAAPI accept(SOCKET s,sockaddr * addr,int *addrlen
);
作用
accept函数允许在套接字上进行传入连接尝试。
listen监听客户端来的链接，accept将客户端的信息绑定到一个socket上，也就是给客户端创建一个socket,通过返回值得到客户端socket。
一次只能创建一个(返回值1个),有几个客户端链接，就要调用几次。
参数1
(服务器socket)
参数2
客户端的地址端口信息结构体，同bind的第二个参数
意义:系统帮我们监视着客户端的动态，肯定会记录客户端的信息，也就是IP地址，和端口号，并通过这个结构体记录。
只是这个我们不用自己填写结构体中的内容，系统帮我们填写。
//创建客户端struct sockaddr_in clientMsg;//客户端信息int len = 0;SOCKET socketClient = accept(socketServer, (struct sockaddr*)&clientMsg, &len);
参数3
参数2的大小
参数2、3也可以都写成NULL，那就是不直接得到客户端的地址、端口号。
可以通过getpeername(newSocket, (struct sockaddr*)&sockClient, &nLen);
得到客户端信息通过getsockname(sSocket, (sockaddr*)&addr, &nLen);
得到本地服务器信息
返回值
成功-返回客户端socket
失败-INVALID_SOCKETif (socketClient == INVALID_SOCKET){closesocket(socketServer);closesocket(socketClient);WSACleanup();//清理网络库return 0;}
accept调试
1.阻塞，同步，当服务器没有客户端链接时，它会一直等待。
2.多个链接，一次只能连接一个，5个就要循环5次。同时客户端socket也要创建成数组,否则上一个的socket就丢了。
与客户端收发消息
消息从谁那来，要发送给谁，就写谁的socket
收
得到指定客户端(参数1)发来的消息
int recv(SOCKET s,char *buf,//消息，按字节int len,//长度int flags
);
例:char buf[1500] = { 0 };int res = recv(socketClient, buf, 1499, 0);
原理
本质就是复制。
数据的接收都是由协议本身做的，也就是socket的底层做的，系统会有一段缓冲区，存储着收到的数据。
recv的作用就是通过socket找到这个缓冲区，并把数据赋值进参数2。
参数1
客户端的socket,每个客户端对应唯一的socket
参数2
客户端消息的存储空间，是个字符数组，一般是1500字节。
网络传输的最大单元是1500字节，也就是客户端发过来的数据，一次最大就是1500字节，这是协议规定，很多情况总结出来的最优值。
参数3
想要读取的字节个数。
一般是参数2的字节数-1，把/0字符串结尾留出来。
参数4
数据的读取方式
一般就写个0。
0
正常逻辑(自然性质)从系统缓冲区里读，读走几个删几个，要不每次都从头开始读。
MSG_PEEK读完不删不建议使用
MSG_OOB带外数据就是传输一段数据，在外带一个额外的特殊数据。(小声bb)不建议使用，读数据不行，无法计数。
NSG_WAITALL 直到系统缓冲区字节数满足参数3所请求的字节数，才开始读取。
返回值
返回读出来字节大小，读没了就在recv函数卡着，等着客户端发来数据，即阻塞，同步。死等
客户端下线，返回0。
执行失败，返回SOCKET_ERROR if (res == 0)//客户端下线，链接中断{printf("链接中断、客户端下线\n");}else if (res == SOCKET_ERROR){printf("出错了\n");int a = WSAGetLastError();//根据实际情况处理}else{printf("%d %s\n", res, buf);} 发
int WSAAPI send( SOCKET s, const char* buf, int len, int flags);
作用
向目标发送数据
本质：send函数将我们的数据复制粘贴进系统的协议发送缓冲区，计算机伺机发出去。
传输单元是1500字节。
参数1
目标的socket，每个客户端对应唯一的socket
参数2
给对方发送的字节串。1500
这个大小不同的协议不一样，
链路层14字节，ip头20字节，tcp头20字节，数据结尾还要有状态确认，加起来也几十个字节，
数据结尾还要要状态确认，加起来也几十个字节，所以实际的数据位，不能写1500个，要留出来，
例如1024，或者最多写1400，别多于1400是最好的。
超过1500系统会分片处理，比如2000个字节系统分成两个包，1400+包头 == 1500 假设包头100字节600+包头 == 700分两次发送出去结果系统要分包再打包，再发送，客户端收到之后还得拆包，组合数据，从而增加了系统的工作，降低了效率。有的协议，就把分片后的二包直接丢了。参数3
字节个数。1400
参数4
0
MSG_OOB 同recv
MSG_DIBTROUTE指定数据不应受路由限制，Windows套接字服务提供程序可以选择忽略此标志。
返回值
成功-返回写入的字节数
失败-返回SOCKET_ERRORWSAGetLastError()得到错误码根据错误码信息做相应处理-重启-等待-不用理会
完整代码
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<WinSock2.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")int main(void)
{//打开网络库 WORD wdVersion = MAKEWORD(2, 2);WSADATA wdSockMsg;int nRes = WSAStartup(wdVersion,&wdSockMsg);if (nRes != 0){printf("网络库打开失败");return 0;}//校验版本if (HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2 || LOBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2){//说明版本不对printf("版本不对");WSACleanup();//清理网络库return 0;}//创建socketSOCKET socketServer = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if (INVALID_SOCKET == socketServer){printf("创建服务器socket失败");int a = WSAGetLastError();//获取错误码WSACleanup();return 0;}SOCKADDR_IN si;si.sin_family = AF_INET;//地址类型si.sin_port = htons(12345);//端口-将输入的unsigned short转换si.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");//ip地址if (SOCKET_ERROR == bind(socketServer, (const struct sockaddr *)&si, sizeof(si))){printf("绑定错误");int a = WSAGetLastError();//释放closesocket(socketServer);//关闭网络库WSACleanup();return 0;}//开始监听if (SOCKET_ERROR == listen(socketServer, SOMAXCONN)){//出错了int a = WSAGetLastError();//释放closesocket(socketServer);//关闭网络库WSACleanup();return 0;}//创建客户端struct sockaddr_in clientMsg;//客户端信息int len = sizeof(clientMsg);SOCKET socketClient = accept(socketServer, (struct sockaddr*)&clientMsg, &len);if (socketClient == INVALID_SOCKET){printf("客户端链接失败");closesocket(socketServer);closesocket(socketClient);WSACleanup();//清理网络库return 0;}printf("客户端链接成功\n");//收发消息int sValue = send(socketClient, "服务器链接成功", sizeof("服务器链接成功"), 0);if (sValue == SOCKET_ERROR){int a = WSAGetLastError();closesocket(socketClient);closesocket(socketServer);WSACleanup();return 0;}while (1){char buf[1500] = { 0 };int res = recv(socketClient, buf, 50, 0);if (res == 0)//客户端下线，链接中断{printf("链接中断、客户端下线\n");}else if (res == SOCKET_ERROR){printf("出错了\n");int a = WSAGetLastError();//根据实际情况处理}else{printf("客户端说: %d %s\n", res, buf);}scanf("%s", buf);send(socketClient, buf,strlen(buf), 0);}closesocket(socketServer);closesocket(socketClient);WSACleanup();//清理网络库system("pause");return 0;
}
客户端
网络库头文件 网络库打开网络库校验版本创建SOCKET
链接到服务器
int WSAAPI connect(SOCKET s,const sockaddr* name,int namelen
);
struct sockaddr_in serverMsg;
serverMsg.sin_family = AF_INET;
serverMsg.sin_port = htons(12345);//转换成网络字节序
serverMsg.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");//服务器ip地址connect(socketServer, (struct sockaddr*)&serverMsg, sizeof(serverMsg));
作用
链接服务器并把服务器socket绑定到一起。
参数1
服务器socket
参数2
服务器ip地址端口号结构体
参数3
参数2结构体大小
返回值
成功-返回0
失败-返回SOCKET_ERROR客户端与服务器收发消息，一发一接，一发一接，对应。
完整代码
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<WinSock2.h>
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")
int main(void)
{WORD wdVersion = MAKEWORD(2, 2);WSADATA wdSockMsg;int nRes = WSAStartup(wdVersion, &wdSockMsg);if (nRes != 0){printf("网络库打开失败");return 0;}//校验版本if (HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2 || LOBYTE(wdSockMsg.wVersion) != 2){//说明版本不对printf("版本不对");WSACleanup();//清理网络库return 0;}//创建的是服务器的，客户端不用创建自己的socket，因为链接服务器，服务器会创建出来客户端的socketSOCKET socketServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (INVALID_SOCKET == socketServer){int a = WSAGetLastError();WSACleanup();return 0;}//链接服务器struct sockaddr_in serverMsg;serverMsg.sin_family = AF_INET;serverMsg.sin_port = htons(12345);//转换成网络字节序serverMsg.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");//服务器ip地址int cValue = connect(socketServer, (struct sockaddr*)&serverMsg, sizeof(serverMsg));if (cValue == SOCKET_ERROR){int a = WSAGetLastError();closesocket(socketServer);WSACleanup();return 0;}//收发消息while (1){char buf[1500] = { 0 };int res = recv(socketServer, buf, 50, 0);if (res == 0)//客户端下线，链接中断{printf("链接中断、客户端下线\n");}else if (res == SOCKET_ERROR){printf("出错了\n");int a = GetLastError();//根据实际情况处理}else{printf("服务器说: %d %s\n", res, buf);}scanf("%s", buf);int sValue = send(socketServer, buf, strlen(buf), 0);if (sValue == SOCKET_ERROR){int a = WSAGetLastError();closesocket(socketServer);WSACleanup();return 0;}}//清理网络库closesocket(socketServer);WSACleanup();system("pause");return 0;
}
延伸
由于accept，recv是阻塞的，做其中一件事，另一件事就做不了，等着接收客户端的消息-recv，这时来了个链接请求-accept无法处理。(没有目标的等待)
正确的处理方式是——哪个socket有请求就处理谁，得到连接请求，我们就直接accept,得到发来的消息，就recv。(有目的的等待，处理有请求的)
引出select模型。
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