网络编程

tcp  udp  http  io复用  select/poll/epoll  libevent

网络要进行分层，进行解耦和标准化

OSI七层模型（理论模型）

应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

1.应用层

功能

为应用程序提供接口服务，与用户直接交互

协议

HTTP/DNS 

数据单位

数据（data）

2.表示层

功能

数据的格式化和转换

协议

JPEG

数据单位

数据（data）

3.会话层

功能

建立、管理、终止对话，负责在两个应用程序间同步

协议

SQL

数据单位

数据（data）

4.传输层

功能

提供端到端的可靠传输

协议

TCP/UDP 

数据单位

段/数据报

5.网络层

功能

路径的选择和路由

协议

HTTP

数据单位

数据包

6.数据链路层

功能

在直接相连的设备中传输数据帧

协议

ETHERENT(以太网)

数据单位

帧

7.物理层

功能

定义物理介质和电器属性

协议

网线

数据单位

比特

TCP/IP五层模型（实际模型）

应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

1.应用层

功能

为应用程序提供接口服务，与用户直接交互

协议

HTTP/DNS

数据单位

数据（data）

2.传输层

功能

提供端到端的可靠传输

协议

TCP/UDP

数据单位

段/数据报

3.网络层

功能

路径的选择和路由

协议

HTTP

数据单位

数据包

4.数据链路层

功能

在直接相连的设备中传输数据帧

协议

ETHERENT(以太网)

数据单位

帧

5.物理层

功能

定义物理介质和电器属性

协议

网线

数据单位

比特

网络连接的两个要素

网络设备、传输介质

IP地址作为唯一标识，端口号作为传输的窗口

TCP（传输控制协议），传输层协议

核心特点

1.面向连接：通过三次握手和四次挥手来建立和断开连接

2.可靠传输：①序号与确认，该协议会给每个字节编号，当接收方接收到后，期望通过ACK应答回复

                     ②超时重传，超时后未收到ACK应答信号，会重新发送数据

3.面向字节流：不保留边界信息，将数据切为TCP段传输，接收方需要自行解析消息边界

相关函数

int socket (int domain , int type , int protocol )

创建套接字

domain：地址族，决定套接字的地址格式，IPV4还是IPV6

                AF_INET: IPV4

                AF_INET6:  IPV6

type：定义套接字的通信传输方式

                SOCK_STREAM：流式套接字，对应TCP协议

                SOCK_DGRAM：数据报套接字，对应UDP协议

protocol：默认填0，会根据前两个参数，选择对应的通信协议

int bind (int socked , const struct sockaddr* addr , socklen_t addflen)

套接字与服务器绑定，绑定IP地址和端口号

sockfd：socket函数成功创建后返回的文件描述符（套接字）

addr：结构体中包含IP地址和端口号

struct sockaddr_in{
    sa_familt_t sin_family//地址族
    in_port_t sin_port//端口号
    struct in_addr sin_addr//IP地址（网络字节序）
}
struct in_addr{
    uint32_t s_addr;//ipv4地址（网络字节序）
}

主机字节序

x86架构  小端存储

网络字节序

大端存储

int listen(int sockfd, int backlog)

监听

sockfd：需要监听的套接字，该套接字由socket（）创建，并绑定了IP地址和端口号

backlog：连接请求队列的最大长度

int accept(int socked, struct sockaddr* addr, socken_t *addrlen)

接收客户端的IP地址和端口号

sockfd：监听套接字

addr：指向结构体的指针，用于存放客户端的IP地址和端口号信息

addrlen：指向结构体大小的指针，采集客户端的结构体信息大小

返回值：但会一个新的套接字文件标识符，用来表示该次客户端连接时使用的套接字

ssize_t  recv (int socked,void* buf,size_t len,int flags)

接收（从套接字接收数据到buf）

socked：填连接套接字

buf：指向接收缓冲区的指针

len：缓冲区大小

flags：控制参数，用于改变recv的行为

1. 默认0 做接收
2. MSG_PEEK：窥视数据，返回数据值，但是不会将数据从接收缓冲区移除，以便下一次查看
3. MSG_OOB：接收带外数据，是一种优先于普通数据传输的紧急数据，用于发送通知
4. MSG_WAITALL：知道接收到len长度的字节数据后才返回，但是不能保证数据完全接收完

返回值：成功返回接收到的字节数  失败返回-1，并将错误的原因设置给errno；特殊值0，表示连接已被关闭

ssize_t send(int socked,const void* buf,size_t len,int flags)

发送（向客户端发送）

socked：连接套接字

buf：发送缓冲区指针

len：发送的数据长度

flags：控制参数  默认0

返回值：成功返回实际发送的字节数；失败返回-1，并设置errno

int connect(int socked, const struct sockaddr* addr, socklen_t len) 

sockfd：监听套接字

addr：存储服务器的IP地址和端口号

len：结构体大小

返回值：成功返回0；失败返回-1，设置errno

控制位（6个标志位）

用于管理tcp传输时的时态

URG：紧急指针有效，表示当前数据段有紧急数据

ACK：确认号有效，用于确认接收到的数据

PSH：要求接收方立即将数据传输给应用层，不保留缓冲数据

RST：重置连接

SYN：同步序号，用于建立TCP连接（三次握手第一步）

FIN：请求关闭连接，表示发送方没有数据需要发送了（四次挥手第一步）

TIME_WAIT场景

作用

1.确保被动关闭方收到最终的ACK

        主动关闭方发送的最后一个ACK保温有可能丢失，被动关闭方若未收到ACK信号，主动方会从发FIN保温，2倍周期时间足够覆盖。ACK丢失->被动方重新发FIN->主动方确认回复ACK的整个周期，避免因被动方收不到ACK而持续发送FIN

2.避免旧数据的残留报文干扰新连接

        网络中存在延迟报文，若主动关闭方立即释放端口并重新建立连接，旧报文的数据可能会误入新连接，导致数据混乱，2倍的最大段数周期能确保残留数据都已超时取消，去除干扰。

UDP（用户数据报协议）

特点

简单、快速、轻量，适用对实时性要求高，但是对数据不是很敏感的场景，允许少量数据丢失

核心特点

1.无连接

        无需建立连接，只需要发送数据时指定发送的目标地址即可，减少了连接建立的维护，数据传输延迟低

2.不可靠

        不保证数据一定到达目标，也不保证数据的完整性和顺序性

        没有确认机制、重传机制，发送完即认为此次任务完成

3.面向数据报

        数据以数据报的形式传输，每个数据报包含完整的源地址和目标地址

        发送方和接受方的缓冲区大小不匹配时，可能会导致数据截断

4.轻量高效

        头部数据仅需要8字节，协议开销小

        无需维护连接状态，可以同时处理多个客户端

应用场景

1. 实时通信：视频、语音通话（允许少量数据丢失，但延迟低）
2. 流媒体传输：直播（流畅性，不保证完整性）
3. 游戏数据传输（对延迟敏感，轻微丢包）

一些函数

ssize_t recvfrom(int sockfd, void* buf ,size_t len,int flags, struct sockaddr* ser_addr, socklen_t* addrlen)

ssize_t sendto(int sockfd, void* buf ,size_t len,int flags, struct sockaddr* ser_addr, socklen_t* addrlen)

返回值：实际接受的字节数和实际发送的字节数，如果返回-1，会设置errno并说明错误原因

TCP和UDP的对比

	TCP	UDP
连接性	三次握手，四次握手	无连接
可靠性	非常可靠（有确认，重传机制）	不可靠（无确认机制）
传输效率	低（头部数据大，且需要维护连接状态）	高（需无维护，头部小）
数据边界	无数据边界，可能需要拆分	保留数据包边界（一次发送一次接收）
适用场景	可靠性优先	实时性优先

UDP和TCP可以共享同一IP下的同一端口号

UDP尽量保证一次把数据接受完