说在前面

环境: ubuntu16.04

参考: UNIX网络编程

概述

编写网络通信程序首先要明确使用的通信协议。同时，需要在高层次(例如应用层?)确定发起通信的程序以及响应的时间。(如Web客户端与Web服务器之间的通信，服务器需要长时间保持运行，以响应随时可能出现的客户端请求。)
通常使用客户/服务端模型(C/S模型)。

一个客户端可能与多个服务器通信；一个服务器也可能同时与多个客户端通信。
客户端程序与服务端之间的通信通常涉及多个网络层协议。

实例-获取时间

实验环境说明

由于该实验需要运行客户端以及服务端程序，所以可能会有以下实验环境(假定操作系统均为Linux，不同环境的处理见后面的内容):
- 局域网下两台机器分别运行
  随意选择运行客户端还是服务端。
- 宿主机+虚拟机(如VMware)
  随意选择运行客户端还是服务端。Windows环境可以[运行两台虚拟机]或者[宿主机使用WSL+一台虚拟机]
- 一台主机+云服务器
  云服务器(拥有公网IP)运行服务端程序，主机运行客户端程序。
- 同一台主机上运行客户端以及服务端
  不讨论这种情况
客户端
- 一般流程
- 创建套接字
```
if ( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
	err_sys("socket error");
```
  通过socket函数创建网际(AF_INET)字节流(SOCK_STREAM)套接字。函数返回一个整数，用于标识该套接字。
  
  补充说明: 在linux下，我们可以将所有的设备都看作文件来处理，并使用一个文件描述符(FileDescriptor，一个整型数)来标识它们。
  
  err_sys函数非标准函数，用于出错处理，主要功能为打印错误信息并终止程序。具体实现见代码。
- 建立连接
```
struct sockaddr_in	servaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port   = htons(13);
if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
	err_quit("inet_pton error for %s", argv[1]);

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
	err_sys("connect error");
```
  - 连接服务端需要知道目的IP以及端口号，我们使用结构体sockaddr_in来存储。
  - 定义servaddr变量后使用bzero函数(该函数可以使用memset函数代替)清零。
  - 然后将地址族sin_family置为AF_INET，网络序的端口号13填入到sin_port。
    
    htonl函数，主机序转换为网络序；ntohl函数，网络序转换为主机序。
  - inet_pton函数可以将点分十进制串(如192.168.12.1)转换为适合sin_addr的格式，并且如果转换出错(即字符串不符合点分十进制格式)会返回负值。
  - 准备完成后使用connect函数与servaddr指向的服务器建立一个TCP连接。若建立连接失败，返回负值。
- 读/写
```
while ( (n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) {
	recvline[n] = 0;
	if (fputs(recvline, stdout) == EOF)
		err_sys("fputs error");
}
```
  使用read函数读取服务器返回的数据。函数返回值为实际读取的字节数；若未读取到数据，返回负值。
  
  从使用read函数也可以看出，linux将通信设备看作"文件"来处理，服务器返回的数据会先存放在该"文件"中，通过read系统调用来读取这些数据。在发送数据时，我们通过wirte系统调用往某类似"文件"中写入数据，再由操作系统将"文件"中的数据发送出去。
- 关闭套接字
```
if(close(sockfd) == -1)
	err_sys("close error");
```
- 不同实验环境
  主要的差异在于IP地址。
  前两种环境下，绑定的ip即主机或虚拟机的ip，可以使用ifconfig命令
```
ifconfig
```
  第三种环境下，绑定的为服务器的公网ip，同时注意防火墙是否打开了对应的端口(或者直接关闭防火墙)
服务端
- 一般流程
- 创建套接字
```
if ( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
	err_sys("socket error");
```
- 绑定
```
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family      = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port        = htons(13);

if(bind(listenfd, (struct sockaddr_in *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
    err_sys("bind error");
```
  同样，现将结构体变量清零，同时将地址族sin_family置为AF_INET，ip地址置sin_addr.s_addr为INADDR_ANY(即0x00000000；一个主机可能有多个网络接口，例如多块网卡，这样我们可以接受任意网络接口上的连接)，sin_port为13。
  
  sin_addr实际为一个(in_addr类型)结构体变量，只有一个成员s_addr。
  struct in_addr {
  in_addr_t s_addr;//32位
  };
  
  使用bind函数将13号端口捆绑至已创建的套接字上。
- 监听
```
if(listen(listenfd, LISTENQ) < 0)
        err_sys("listen error");
```
  使用listen函数将套接字转换为监听套接字。
- 接受连接
```
for ( ; ; ) {
	if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr_in *) NULL, NULL)) < 0) {
		if(errno == EPROTO || errno == ECONNABORTED)
			continue;
		else
			err_sys("accept error");
	}
	// 、、、
}
```
  通常，进程在调用accept函数进入睡眠，等待客户端连接。函数返回值是一个称为已连接描述符(connected descriptor)的新描述符。accept为每个连接的客户端分配一个新描述符。通过该描述符，可以与客户端进行通信。
  
  补充: 在accept函数被调用时，可能会出现非致命错误(ECONNABORTED/EPROTO)，这时只需再次调用accept函数即可解决。
- 读/写
```
ticks = time(NULL);
snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
if( write(connfd, buff, strlen(buff)) != strlen(buff))
	err_sys("write error");
```
  获取服务器时间，并用write函数将该时间发送给客户端。
- 关闭套接字
```
if (close(connfd) == -1)
	err_sys("close error");
```
- 不同实验环境
  三种不同实验环境下没有啥区别，注意防火墙以及对应的端口即可。
UNIX网络编程一书中的基本流程