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一、前言
本文介绍网络编程的基础知识，使用 Visual Studio 2019 在 linux 本地搭建一个服务器，将客户端与本地服务器连接起来，通过客户端向服务器发送信息，测试服务端能否收到信息。
- 在编程之前我们先来了解一些基础知识
二、网络编程三要素
网络编程三要素由下面3点组成：
1、IP地址：确定网络中某台计算机的位置
2、端口号：确定是哪个具体的应用程序
3、通信协议：通信双方共同约定和遵循的协议
1、IP地址
1）IP地址概念
- IP地址是用来区分是哪一台电脑设备，只有知道对方设备的IP地址，才能找到对方的电脑。
IP地址就像是我们的家庭住址一样，如果你要写信给一个人，你就要知道他（她）的地址，这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息就好比是 “邮递员”，它必须知道唯一的 “家庭地址”才能不至于把信送错人家。
同样的网络编程也需要用到IP地址，客户端需要知道服务器的IP地址，才能找到需要建立连接的服务器。其实网页也有它对应的IP地址，我们平常搜索东西都是输入域名来访问，也可以输入IP地址进行访问。
2）通过IP地址访问CSDN官网
比如：csdn的官网为 www.csdn.net
- window 下通过按键 win+r 打开运行框输入 cmd 然后回车
- 控制台输入 ping www.csdn.net
- 浏览器输入 39.106.226.142 也可以访问到CSDN官网
可以发现域名后面跟着一个IP地址，浏览器输入这个IP地址也可以访问到CSDN官网。实际上域名和IP地址是一个键值对，是唯一的。如果为了访问CSDN官网要输入那么长的IP地址是不是不方便，所以这时候域名就出现了，用域名来访问是不是更加方便。
3）本地回环IP地址 127.0.0.1
- 本地服务器的IP地址就可以设置成127.0.0.1
127.0.0.1，通常被称为本地回环地址 (Loopback Address)，不属于任何一个有类别地址类。 它代表设备的本地虚拟接口，所以默认被看作是永远不会宕掉的接口。 在Windows操作系统中也有相似的定义，所以通常在安装网卡前就可以ping通这个本地回环地址。
2、端口号
- 如果仅仅知道IP地址只能找到具体的某一台计算机，要找到某个应用程序需要知道端口号
简单来说端口号就是正在运行的程序的标识，用来区分具体是那个应用程序。
3、通信协议
1）通信协议概念
- 建立通信还需要通信协议，就比如中国统一的语言汉语，这样沟通起来就轻而易举了
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。
2）TCP和UDP
- 目前成熟的通信协议是TCP和UDP，其他协议的前身都是TCP或者是UDP
- 来看一下两个协议的区别
| TCP | UDP | |
| 是否需要建立连接 | 需要建立连接，才能发送信息 | 不需要建立连接 |
| 传输介质 | 流式IO（二进制数据） | 数据封装成报文包 |
| 传输限制 | 可以进行大数据传输 | 每次只能传输64KB |
| 总结 | 牺牲效率，提高传输安全性，可靠协议 | 牺牲部分安全性，提高传输效率，不可靠协议 |
- OSI参考模型与TCP/IP参考模型如下图所示
接下来我们通过代码使用 TCP 协议来建立服务器与客户端之间的联系。
话不多说
三、网络通信基础编程
1、编程流程
- 基于流套接字的编程流程如下图所示
本文介绍客户端与服务器建立联系之后，客户端write ()，服务器read ()，先做简单的连接测试，后期再进行客户端与服务器进行互相通信。接下来的编程按照上面的流程进行。
2、建立本地服务器
1）socket（）初始化网络
int socketfd = 0;
//初始化网络 参数一：使用ipv4 参数二：流式传输
socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);- socket（）网络初始化 ，返回文件描述符
函数原型：
int socket(int domain, int type, int protocol);
返回值：
成功：返回文件描述符
失败：返回 -1
- 第一个参数用AF_INET ，即 ipv4
- 第二个参数用SOCK_STREAM ，即流式的套接字
- 第三个参数为0即可
2）bind（）函数
- 绑定ip地址和端口号，以及确定通信协议为ipv4
//原本使用struct sockaddr，通常使用sockaddr_in更为方便，两个数据类型是等效的，可以相互转换
struct sockaddr_in s_addr;
//确定使用哪个协议族 ipv4
s_addr.sin_family = AF_INET;
//系统自动获取本机ip地址 也可以是本地回环地址：127.0.0.1
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//端口一个计算机有65535个 10000以下是操作系统自己使用的， 自己定义的端口号为10000以后
s_addr.sin_port = htons(12345); //自定义端口号为12345
len = sizeof(s_addr);
//绑定ip地址和端口号
int res = bind(socketfd, (struct sockaddr *)&s_addr, len);
if (res == -1)
{
perror("bind error");
}函数原型：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
返回值：
成功：返回 0
失败：返回 -1
- 第一个参数用上一步返回的文件描述符
- 第二个参数改用 struct sockaddr_in 结构体，更方便
- 第三个参数为 struct sockaddr_in 结构体的大小
3）listen（）监听函数
- 监听有没有客户端来连接
//监听这个地址和端口有没有客户端来连接 第二个参数现在没有用 只要大于0就行
if (listen(socketfd, 2) == -1)
{
perror("listen error");
}函数原型：
int listen(int sockfd, int backlog);
返回值：
成功：返回 0
失败：返回 -1
- 第一个参数为之前获取的服务器文件描述符
- 第二个参数只要 >0 即可
4）accept（）函数
- 等待客户端上线，阻塞式函数 ，只有客户端上线才会继续执行
通过一个while（1）死循环，让服务器一直在线等待客户端上线，一旦某个客户端上线，则开一个子进程，在子进程中循环读取客户端发过来的消息。父进程则继续等待下一个客户端上线。
注：
read（）函数也是一个阻塞函数。
//死循环保证服务器一直在线
while (1)
{
cout << "等待客户端上线" << endl;
//等待客户端上线，阻塞式函数 acceptfd为连上来的客户端fd
acceptfd = accept(socketfd, NULL, NULL);
cout << "客户端上线 fd = " << acceptfd << endl;
pid = fork();
if (pid == 0)//子进程 持续读取客户端发来的信息
{
while (1)
{
read(acceptfd, buf, sizeof(buf));
cout << "pid = " << getpid() << " 说： " << buf << endl;
bzero(buf, sizeof(buf));
}
}
}函数原型：
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
返回值：
成功：返回客户端文件描述符
失败：返回 -1
- 第一个参数为之前获取的服务器文件描述符
- 第二个第三个参数可以指定为NULL
5）服务器全部代码
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
using namespace std;
int main()
{
int socketfd = 0;
int acceptfd = 0;
int len = 0;
int pid = 0;
char buf[255] = { 0 };//存放客户端发过来的信息
//初始化网络 参数一：使用ipv4 参数二：流式传输
socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (socketfd == -1)
{
perror("socket error");
}
else
{
//原本使用struct sockaddr，通常使用sockaddr_in更为方便，两个数据类型是等效的，可以相互转换
struct sockaddr_in s_addr;
//确定使用哪个协议族 ipv4
s_addr.sin_family = AF_INET;
//系统自动获取本机ip地址 也可以是本地回环地址：127.0.0.1
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
//端口一个计算机有65535个 10000以下是操作系统自己使用的， 自己定义的端口号为10000以后
s_addr.sin_port = htons(12345); //自定义端口号为12345
len = sizeof(s_addr);
//绑定ip地址和端口号
int res = bind(socketfd, (struct sockaddr *)&s_addr, len);
if (res == -1)
{
perror("bind error");
}
else
{
//监听这个地址和端口有没有客户端来连接 第二个参数现在没有用 只要大于0就行
if (listen(socketfd, 2) == -1)
{
perror("listen error");
}
//死循环保证服务器一直在线
while (1)
{
cout << "等待客户端上线" << endl;
//等待客户端上线，阻塞式函数 acceptfd为连上来的客户端fd
acceptfd = accept(socketfd, NULL, NULL);
cout << "客户端上线 fd = " << acceptfd << endl;
pid = fork();
if (pid == 0)//子进程 持续读取客户端发来的信息
{
while (1)
{
read(acceptfd, buf, sizeof(buf));
cout << "pid = " << getpid() << " 说： " << buf << endl;
bzero(buf, sizeof(buf));
}
}
}
}
}
}3、建立客户端
- 客户端这边只要做socket（）初始化网络，并绑定ip地址和端口号，确定通信协议ipv4
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
using namespace std;
int main()
{
int socketfd = 0;
int acceptfd = 0;
int len = 0;
char buf[255] = { 0 };
//初始化网络
socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (socketfd == -1)
{
perror("socket error");
}
else
{
struct sockaddr_in s_addr;
//确定使用哪个协议族 ipv4
s_addr.sin_family = AF_INET;
//填入服务器的ip地址 也可以是 127.0.0.1 （回环地址）
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//端口一个计算机有65535个 10000以下是操作系统自己使用的， 自己定义的端口号为10000以后
s_addr.sin_port = htons(12345); //自定义端口号为12345
len = sizeof(s_addr);
//绑定ip地址和端口号
int res = connect(socketfd, (struct sockaddr*)&s_addr, len);
if (res == -1)
{
perror("connect error");
}
else
{
while (1)
{
//控制台输入
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
write(socketfd, buf, sizeof(buf));
bzero(buf, sizeof(buf));
}
}
}
return 0;
}注：
1、因为是本地的客户端，且服务器也是本地的，所以绑定的ip地址为本地的回环地址即可
2、绑定的端口号和使用的通信协议必须和服务器一样
3、write（）函数中的文件描述符为服务器的
4、客户端连接服务器测试
- 在linux下找到对应的main.cpp ，通过g++ 的方式编译， ./ 运行
注：
1、代码有改动的话，需要重新生成解决方案，代码即可同步到linux下
2、先运行服务器，再运行客户端
测试结果
可以发现每运行一个客户端，服务器都会收到提示，而且客户端发送的信息，服务器都可以收到，说明客户端和服务器连接成功！！
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