客户端-服务器模型

角色分离的计算架构，通信双方分为服务端和客户端。

• 服务端：持续运行、监听特定端口，等待客户端请求。
• 客户端：按需发起连接、发送请求、接收响应后终止。

模型通信的基本操作是“事务”，指客户端与服务器之间一次完整、原子的请求-响应交互过程。

原子性:事务要么成功（请求送达+响应返回）要么失败（超时/连接中断）。中间状态对应用层不可见。

网络

[应用层]  "Hello" 
          ↓ + HTTP头（若Web请求）
[传输层]  TCP段 = [源端口:54321 | 目的端口:80 | 序号 | 确认号 | ... | "Hello"]
          ↓ + TCP头部（20字节）
[网络层]  IP数据报 = [源IP:192.168.1.10 | 目的IP:203.0.113.5 | TTL | ... | TCP段]
          ↓ + IP头部（20字节）
[链路层]  以太网帧 = [源MAC | 目的MAC | 类型 | IP数据报 | CRC]
          ↓ + 帧头部（14字节）+ 尾部（4字节）
[物理层]  01010101...（电信号/光信号）

->经过路由器转发->服务器网卡接收->逆向解封装->应用层read()得到"Hello"。

代码运行在主机上，主机拥有IP和端口用来定位服务，发出去的信息经过路由器，链路，交换机等设备到达目的主机。进行通信服务。

IP因特网

IP：标识主机，与端口协同定位。

struct in_addr {
    uint32_t s_addr; // 网络字节序（大端）存储
};

套接字接口

套接字socket是I/O思想的延申。

特性	普通文件	套接字	CSAPP深意
抽象	int fd = open(...)	int sockfd = socket(...)	统一I/O模型：所有I/O通过fd操作
读写	read(fd, buf, n)	read(sockfd, buf, n)	程序员无需区分数据来源
关闭	close(fd)	close(sockfd)	资源管理模型完全一致
内核视角	文件表项 → inode	套接字表项 → 协议控制块	"Everything is a file"

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

domin:可选AF_INET(ipv4)\AF_INET6(ipv6)\AF_UNIX(本地)

type:可选SOCK_STREAM(TCP)\SOCK_DGRAM(UDP)\SOCK_SEQPACKET

protocal:首选为0，可选IPPROTO_TCP\IPPROTO_UDP

套接字地址结构

#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family;   // 2字节：必须为AF_INET
    in_port_t      sin_port;     // 2字节：**网络字节序**端口号
    struct in_addr sin_addr;     // 4字节：**网络字节序**IPv4地址
    char           sin_zero[8];  // 8字节：填充至sockaddr大小（必须清零！）
};

socket(协议栈"出生证明")

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

参数	可选值	CSAPP推荐	内核行为
domain	AF_INET (IPv4) AF_INET6 (IPv6) AF_UNIX (本地)	AF_INET	创建对应协议族的套接字控制块（PCB）
type	SOCK_STREAM (TCP) SOCK_DGRAM (UDP)	SOCK_STREAM	初始化传输层状态机（TCP: CLOSED → LISTEN/SYN_SENT）
protocol	0 (自动) IPPROTO_TCP IPPROTO_UDP	0	由domain+type推导协议号（TCP=6, UDP=17）

bind 绑定本地地址

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd	socket返回的fd	必须是未连接的套接字（TCP处于CLOSED状态）
addr	指向协议特定地址结构	必须经getaddrinfo填充或手动初始化+字节序转换
addrlen	地址结构实际大小	sizeof(struct sockaddr_in)（非sizeof(sockaddr)）

listen 转换为被动套接字

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd	已bind的套接字	状态从CLOSED → LISTEN（TCP三次握手起点）
backlog	连接请求队列长度	非精确值：实际 = min(backlog, /proc/sys/net/core/somaxconn)

accept 提取连接

#include <sys/socket.h>
int accept(int listenfd, 
           struct sockaddr *addr,   // 输出：客户端地址
           socklen_t *addrlen);     // 输入/输出：地址长度

connect 客户端连接

#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, 
            const struct sockaddr *addr, 
            socklen_t addrlen);

参数	说明	CSAPP关键点
sockfd	客户端套接字（socket创建）	状态：CLOSED → SYN_SENT
addr	服务器地址（经getaddrinfo解析）	必须包含有效IP+端口
addrlen	地址结构大小	res->ai_addrlen（来自getaddrinfo）

主机和服务的转换

人类视角	机器视角	转换必要性
"www.csapp.org"	128.2.194.242	域名需解析为IP（网络层寻址）
"http" 或 "80"	0x0050（网络字节序）	服务名/端口号需转为二进制端口（传输层多路分解）
"localhost"	127.0.0.1	本地测试需映射回环地址

int getaddrinfo(
    const char *node,      // 主机名或IP字符串（NULL=本机）
    const char *service,   // 服务名("http")或端口号("80")
    const struct addrinfo *hints, // 指导解析（关键！）
    struct addrinfo **res  // 输出：地址链表头指针
);


struct addrinfo {
    int              ai_flags;      // AI_PASSIVE, AI_CANONNAME...
    int              ai_family;     // AF_INET, AF_INET6, AF_UNSPEC
    int              ai_socktype;   // SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM
    int              ai_protocol;   // 0=自动
    socklen_t        ai_addrlen;    // （输出）地址结构大小
    struct sockaddr *ai_addr;       // （输出）地址结构指针
    char            *ai_canonname;  // （输出）规范主机名
    struct addrinfo *ai_next;       // 链表指针
};