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所谓的协议就是人们为了通信的一种约定 操作系统要进行协议管理,必然会先描述,再组织协议本质就是软件,软件是可以分层协议在设计的时候,就是被层状的划分的, 为什么要划分成为层状结构
场景复杂功能解耦(便于人们进行各种维护)OSI七层模型 局域网中…网络协议初识
所谓的协议就是人们为了通信的一种约定 操作系统要进行协议管理,必然会先描述,再组织协议本质就是软件,软件是可以分层协议在设计的时候,就是被层状的划分的, 为什么要划分成为层状结构
场景复杂功能解耦(便于人们进行各种维护)OSI七层模型 局域网中两台主机是可以直接通信的 每层都有自己的协议定制方案,每层协议都要有自己的协议报头从上到下交付数据的时候,要添加报头从下到上递交数据的时候,要去掉报头如何理解报头
报头就像快递的快递单号一样,虽然我们不看,但是必须有封装的本质: 添加报头解包: 去掉报头展开分析在使用TCP/IP协议的网络中,IP及其向上的协议,看到的报文都是一样的报文是要被封装的,如何解包?决定我们的有效载荷交付给上层的哪一个协议的问题? 每一个协议都要考虑,都要有一定的方式解决这两个公共问题
理解源IP地址和目的IP地址 把数据哦送到对方的机器不是目的,真正的网络通信: 其实是进程间通信 IP地址(公网IP),标定了主机的唯一性源IP是固定不变的,目的IP是可以变的
认识端口号 端口号是标识特定主机上的网络进程的唯一性 端口号是一个2字节16位的整数端口号用来标识一个进程, 告诉操作系统, 当前的这个数据要交给哪一个进程来处理;IP地址 端口号能够标识网络上的某一台主机的某一个进程;一个端口号只能被一个进程占用
socket编程接口 常见的套接字:
域间socket原始socket网络socket
理论上,是三种应用场景,对应的应该是三套接口,不过将所有的接口进行统一 使用网络在两台主机之间进行通信(之间互发信息) log.hpp
#pragma once#include iostream
#include cstdio
#include cstdarg
#include ctime
#include string// 日志是有日志级别的
#define DEBUG 0
#define NORMAL 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3
#define FATAL 4const char *gLevelMap[] {DEBUG,NORMAL,WARNING,ERROR,FATAL
};// #define LOGFILE ./threadpool.log// 完整的日志功能至少: 日志等级 时间 支持用户自定义(日志内容, 文件行文件名)
void logMessage(int level, const char *format, ...)
{
#ifndef DEBUG_SHOWif(level DEBUG) return;
#endifchar stdBuffer[1024]; //标准部分time_t timestamp time(nullptr);snprintf(stdBuffer, sizeof stdBuffer, [%s] [%ld] , gLevelMap[level], timestamp);char logBuffer[1024]; //自定义部分va_list args;va_start(args, format);vsnprintf(logBuffer, sizeof logBuffer, format, args);va_end(args);printf(%s%s\n, stdBuffer, logBuffer);
}
Makefile
.PHONY:all
all:udp_client udp_serverudp_client:udp_client.ccg -o $ $^ -stdc11
udp_server:udp_server.ccg -o $ $^ -stdc11.PHONY:clean
clean:rm -f udp_client udp_server
udp_client.cc
#include iostream
#include string
#include cstring
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
#include memory
uint16_t serverport 0;
std::string serverip;static void usage(std::string proc)
{std::cout \nUsage: proc serverIp serverPort\n std::endl;
}// ./udp_client 127.0.0.1 8080
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc ! 3){usage(argv[0]);exit(1);}// 1.创建套接字int sock socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sock 0){std::cerr socket error std::endl;exit(2);}serverport atoi(argv[2]);serverip argv[1];// client一般不需要显示的bind指定port而是让OS自动随机选择(什么时候做的呢)std::string message;struct sockaddr_in server;memset(server, 0, sizeof(server));// 清0server.sin_family AF_INET;server.sin_port htons(atoi(argv[2]));server.sin_addr.s_addr inet_addr(argv[1]);char buffer[1024];while(true){//多线程std::cout 请输入你的信息# ;std::getline(std::cin, message);if(message quit) break;// 当client首次发送消息给服务器的时候OS会自动给client bind他的IP和PORTsendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)server, sizeof server);struct sockaddr_in temp;socklen_t len sizeof(temp);ssize_t s recvfrom(sock, buffer, sizeof buffer, 0, (struct sockaddr*)temp, len);if(s 0){buffer[s] 0;std::cout server echo# buffer std::endl;}}return 0;
}
udp_server.cc
#include udp_server.hpp
#include memory
#include cstdlibstatic void usage(std::string proc)
{std::cout \nUsage: proc port\n std::endl;
}// ./udp_server ip port //云服务器的问题 bug??
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc ! 2){usage(argv[0]);exit(1);}// std::string ip argv[1];uint16_t port atoi(argv[1]);// 字符串-整数// unique_ptr智能指针std::unique_ptrUdpServer svr(new UdpServer(port));svr-initServer();svr-Start();return 0;
}udp_server.hpp
#ifndef _UDP_SERVER_HPP
#define _UDP_SERVER_HPP#include log.hpp
#include iostream
#include unordered_map
#include cstdio
#include string
#include cerrno
#include cstring
#include cstdlib
#include strings.h
#include sys/types.h
#include queue// 网络的常用的四个接口
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include unistd.h#define SIZE 1024class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, std::string ip ) : _port(port), _ip(ip), _sock(-1){}// 初始化bool initServer(){// 1. 创建套接字_sock socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sock 0){logMessage(FATAL, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(2);}// 2. bind: 将用户设置的ip和port在内核中和我们当前的进程强关联struct sockaddr_in local;// sockaddr_in域间套接字bzero(local, sizeof(local));// 清0local.sin_family AF_INET;// 服务器的IP和端口未来也是要发送给对方主机的 - 先要将数据发送到网络// 主机序列-网络序列local.sin_port htons(_port);//INADDR_ANY表示让服务器在工作过程中可以从任意IP中获取数据//inet_add表示将点分十进制字符串(192.168.110.132)风格的IP地址-4字节主机序列-网络序列local.sin_addr.s_addr _ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str());if (bind(_sock, (struct sockaddr *)local, sizeof(local)) 0){logMessage(FATAL, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(2);}logMessage(NORMAL, init udp server done ... %s, strerror(errno));// donereturn true;}void Start(){// 服务器启动- 进程 - 常驻进程 - 永远在内存中存在除非挂了// echo server: client给我们发送消息我们原封不动返回char buffer[SIZE];for (;;){// 注意peer是纯输出型参数struct sockaddr_in peer;bzero(peer, sizeof(peer));// 输入: peer缓冲区大小// 输出: 实际读到的peersocklen_t len sizeof(peer);ssize_t s recvfrom(_sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)peer, len);if (s 0){buffer[s] 0; // 我们目前数据当做字符串uint16_t cli_port ntohs(peer.sin_port); // 从网络中来的std::string cli_ip inet_ntoa(peer.sin_addr); // 4字节的网络序列的IP-本主机的字符串风格的IP方便显示printf([%s:%d]# %s\n, cli_ip.c_str(), cli_port, buffer);}// 分析和处理数据TODO// end. 写回数据sendto(_sock, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)peer, len);}}~UdpServer(){if (_sock 0)close(_sock);}private:// 一个服务器一般必须需要ip地址和port(16位的整数)uint16_t _port;// 端口号std::string _ip;// ip地址int _sock;// 套接字
};
#endif 使用网络在两台主机之间进行通信(交互式的命令)
void Start(){// 服务器启动- 进程 - 常驻进程 - 永远在内存中存在除非挂了// echo server: client给我们发送消息我们原封不动返回char buffer[SIZE];for (;;){// 注意peer是纯输出型参数struct sockaddr_in peer;bzero(peer, sizeof(peer));// 输入: peer缓冲区大小// 输出: 实际读到的peersocklen_t len sizeof(peer);ssize_t s recvfrom(_sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)peer, len);char result[256];char key[64];std::string cmd_echo;if (s 0){buffer[s] 0; // 我们目前数据当做字符串uint16_t cli_port ntohs(peer.sin_port); // 从网络中来的std::string cli_ip inet_ntoa(peer.sin_addr); // 4字节的网络序列的IP-本主机的字符串风格的IP方便显示// 你发过来的字符串是指令 ls -a -l, rm -rm ~if(strcasestr(buffer, rm) ! nullptr || strcasestr(buffer, rmdir) ! nullptr){std::string err_message 坏人.... ;std::cout err_message buffer std::endl;sendto(_sock, err_message.c_str(), err_message.size(), 0, (struct sockaddr *)peer, len);continue;}FILE *fp popen(buffer, r);if (nullptr fp){logMessage(ERROR, popen: %d:%s, errno, strerror(errno));continue;}while (fgets(result, sizeof(result), fp) ! nullptr){cmd_echo result;}fclose(fp);// printf([%s:%d]# %s\n, cli_ip.c_str(), cli_port, buffer);}// 分析和处理数据TODO// end. 写回数据sendto(_sock, cmd_echo.c_str(), cmd_echo.size(), 0, (struct sockaddr *)peer, len);} 使用网络在两台主机之间进行通信(多进程)
makeflie
.PHONY:all
all:udp_client udp_serverudp_client:udp_client.ccg -o $ $^ -stdc11 -lpthread
udp_server:udp_server.ccg -o $ $^ -stdc11.PHONY:clean
clean:rm -f udp_client udp_server log.hpp
#pragma once#include iostream
#include cstdio
#include cstdarg
#include ctime
#include string// 日志是有日志级别的
#define DEBUG 0
#define NORMAL 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3
#define FATAL 4const char *gLevelMap[] {DEBUG,NORMAL,WARNING,ERROR,FATAL
};// #define LOGFILE ./threadpool.log// 完整的日志功能至少: 日志等级 时间 支持用户自定义(日志内容, 文件行文件名)
void logMessage(int level, const char *format, ...)
{
#ifndef DEBUG_SHOWif(level DEBUG) return;
#endifchar stdBuffer[1024]; //标准部分time_t timestamp time(nullptr);snprintf(stdBuffer, sizeof stdBuffer, [%s] [%ld] , gLevelMap[level], timestamp);char logBuffer[1024]; //自定义部分va_list args;va_start(args, format);vsnprintf(logBuffer, sizeof logBuffer, format, args);va_end(args);printf(%s%s\n, stdBuffer, logBuffer);
}
thread.hpp
#pragma once
#include iostream
#include string
#include functional
#include cstdio// typedef std::functionvoid* (void*) fun_t;
typedef void *(*fun_t)(void *);class ThreadData
{
public:void *args_;std::string name_;
};class Thread
{
public:Thread(int num, fun_t callback, void *args) : func_(callback){char nameBuffer[64];snprintf(nameBuffer, sizeof nameBuffer, Thread-%d, num);name_ nameBuffer;tdata_.args_ args;tdata_.name_ name_;}void start(){pthread_create(tid_, nullptr, func_, (void*)tdata_);}void join(){pthread_join(tid_, nullptr);}std::string name(){return name_;}~Thread(){}private:std::string name_;fun_t func_;ThreadData tdata_;pthread_t tid_;
};
udp_client.cc
#include iostream
#include string
#include cstring
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
#include memory
#include thread.hppuint16_t serverport 0;
std::string serverip;static void usage(std::string proc)
{std::cout \nUsage: proc serverIp serverPort\n std::endl;
}static void *udpSend(void *args)
{int sock *(int *)((ThreadData *)args)-args_;std::string name ((ThreadData *)args)-name_;std::string message;struct sockaddr_in server;memset(server, 0, sizeof(server));server.sin_family AF_INET;server.sin_port htons(serverport);server.sin_addr.s_addr inet_addr(serverip.c_str());while (true){std::cerr 请输入你的信息# ; //标准错误 2打印std::getline(std::cin, message);if (message quit)break;// 当client首次发送消息给服务器的时候OS会自动给client bind他的IP和PORT// sendto表示发送报文sendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)server, sizeof server);}return nullptr;
}static void *udpRecv(void *args)
{int sock *(int *)((ThreadData *)args)-args_;std::string name ((ThreadData *)args)-name_;char buffer[1024];while (true){memset(buffer, 0, sizeof(buffer));struct sockaddr_in temp;socklen_t len sizeof(temp);// recvfrom接收解决报文ssize_t s recvfrom(sock, buffer, sizeof buffer, 0, (struct sockaddr *)temp, len);if (s 0){buffer[s] 0;std::cout buffer std::endl;}}
}// ./udp_client 127.0.0.1 8080
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc ! 3){usage(argv[0]);exit(1);}int sock socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sock 0){std::cerr socket error std::endl;exit(2);}serverport atoi(argv[2]);serverip argv[1];std::unique_ptrThread sender(new Thread(1, udpSend, (void *)sock));std::unique_ptrThread recver(new Thread(2, udpRecv, (void *)sock));// sender-name();sender-start();recver-start();sender-join();recver-join();close(sock);return 0;
}
udp_server.cc
#include udp_server.hpp
#include memory
#include cstdlibstatic void usage(std::string proc)
{std::cout \nUsage: proc port\n std::endl;
}int main(int argc, char *argv[])
{if(argc ! 2){usage(argv[0]);exit(1);}uint16_t port atoi(argv[1]);std::unique_ptrUdpServer svr(new UdpServer(port));svr-initServer();svr-Start();return 0;
}
udp_server.hpp
#ifndef _UDP_SERVER_HPP
#define _UDP_SERVER_HPP#include log.hpp
#include iostream
#include unordered_map
#include cstdio
#include string
#include cerrno
#include cstring
#include cstdlib
#include strings.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include netinet/in.h
#include arpa/inet.h
#include unistd.h
#include queue#define SIZE 1024class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, std::string ip ) : _port(port), _ip(ip), _sock(-1){}bool initServer(){// 1. 创建套接字_sock socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if (_sock 0){logMessage(FATAL, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(2);}// 2. bind: 将用户设置的ip和port在内核中和我们当前的进程强关联struct sockaddr_in local;bzero(local, sizeof(local));// 清0local.sin_family AF_INET;local.sin_port htons(_port);// 转换local.sin_addr.s_addr _ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str());// 转换if (bind(_sock, (struct sockaddr *)local, sizeof(local)) 0){logMessage(FATAL, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(2);}logMessage(NORMAL, init udp server done ... %s, strerror(errno));return true;}void Start(){char buffer[SIZE];for (;;){// 注意// peer,纯输出型参数struct sockaddr_in peer;// 输出型参数bzero(peer, sizeof(peer));socklen_t len sizeof(peer);char result[256];char key[64];std::string cmd_echo;// recvfrom读取报文ssize_t s recvfrom(_sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)peer, len);if (s 0){buffer[s] 0; // 我们目前数据当做字符串uint16_t cli_port ntohs(peer.sin_port);// 转换std::string cli_ip inet_ntoa(peer.sin_addr);// 转换snprintf(key, sizeof(key), %s-%u, cli_ip.c_str(), cli_port); // 127.0.0.1-8080logMessage(NORMAL, key: %s, key);auto it _users.find(key);if (it _users.end()){// 不存在插入logMessage(NORMAL, add new user : %s, key);_users.insert({key, peer});}}for (auto iter : _users){std::string sendMessage key;sendMessage # ;sendMessage buffer; // 127.0.0.1-1234# 你好logMessage(NORMAL, push message to %s, iter.first.c_str());sendto(_sock, sendMessage.c_str(), sendMessage.size(), 0, (struct sockaddr *)(iter.second), sizeof(iter.second));}}}~UdpServer(){if (_sock 0)close(_sock);}private:// 一个服务器一般必须需要ip地址和port(16位的整数)uint16_t _port;std::string _ip;int _sock;std::unordered_mapstd::string, struct sockaddr_in _users;std::queuestd::string messageQueue;
};#endif netstat -antp// 查看网络进程服务 无论是多线程读还是写,用的sock都是一个,sock代表的就是文件,udp是全双工的,可以同时进行收发而不受干扰使用网络在两台主机之间进行通信(多进程-父子进程):tcp实现 tcp_server.hpp
#pragma once#include iostream
#include string
#include cstring
#include cerrno
#include cassert
#include signal.h
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.h
#include log.hppstatic void service(int sock, const std::string clientip, const uint16_t clientport)
{//echo serverchar buffer[1024];while(true){// read write 可以直接被使用ssize_t s read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);if(s 0){buffer[s] 0; //将发过来的数据当做字符串std::cout clientip : clientport # buffer std::endl;}else if(s 0) //对端关闭连接{logMessage(NORMAL, %s:%d shutdown, me too!, clientip.c_str(), clientport);break;}else{ // logMessage(ERROR, read socket error, %d:%s, errno, strerror(errno));break;}write(sock, buffer, strlen(buffer));}
}class TcpServer
{
private:const static int gbacklog 20;
public:TcpServer(uint16_t port, std::string ip):listensock(-1), _port(port), _ip(ip){}void initServer(){// 1. 创建socket -- 进程和文件listensock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(listensock 0){logMessage(FATAL, create socket error, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(2);}logMessage(NORMAL, create socket success, listensock: %d, listensock); // 3// 2. bind -- 文件 网络struct sockaddr_in local;memset(local, 0, sizeof local);local.sin_family AF_INET;local.sin_port htons(_port);local.sin_addr.s_addr _ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str());if(bind(listensock, (struct sockaddr*)local, sizeof(local)) 0){logMessage(FATAL, bind error, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(3);}// 3. 因为TCP是面向连接的当我们正式通信的时候需要先建立连接if(listen(listensock, gbacklog) 0){logMessage(FATAL, listen error, %d:%s, errno, strerror(errno));exit(4);}logMessage(NORMAL, init server success);}void start(){// 对SIGCHLD主动忽略SIGCHLD信号子进程退出的时候会自动释放自己的僵尸状态signal(SIGCHLD, SIG_IGN); while(true){// sleep(1);// 4. 获取连接struct sockaddr_in src;socklen_t len sizeof(src);int servicesock accept(listensock, (struct sockaddr*)src, len);if(servicesock 0){logMessage(ERROR, accept error, %d:%s, errno, strerror(errno));continue;}// 获取连接成功了uint16_t client_port ntohs(src.sin_port);std::string client_ip inet_ntoa(src.sin_addr);logMessage(NORMAL, link success, servicesock: %d | %s : %d |\n,\servicesock, client_ip.c_str(), client_port);// 开始进行通信服务啦// 多进程版 --- 创建子进程pid_t id fork();assert(id ! -1);if(id 0){// 子进程是来进行提供服务的需不需要知道监听socket呢close(listensock);service(servicesock, client_ip, client_port);exit(0); // 僵尸状态}close(servicesock); // 如果父进程关闭servicesock会不会影响子进程}}~TcpServer(){}
private:uint16_t _port;std::string _ip;int listensock;// 监听套接字
}; tcp_server.cc
#include tcp_server.hpp
#include memorystatic void usage(std::string proc)
{std::cout \nUsage: proc port\n std::endl;
}// ./tcp_server port
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc ! 2){usage(argv[0]);exit(1);}uint16_t port atoi(argv[1]);std::unique_ptrTcpServer svr(new TcpServer(port));svr-initServer();svr-start();return 0;
} telnet ip 端口号// 创建临时客户端while :; do ps ajx | grep tcp-server;echo ####;sleep 1;donetcp_client.cc #include iostream
#include string
#include cstdio
#include cstring
#include unistd.h
#include sys/socket.h
#include sys/types.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.hvoid usage(std::string proc)
{std::cout \nUsage: proc serverIp serverPort\n std::endl;
}// ./tcp_client targetIp targetPort
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc ! 3){usage(argv[0]);exit(1);}std::string serverip argv[1];uint16_t serverport atoi(argv[2]);bool alive false;int sock 0;std::string line;while (true) // TODO{if (!alive){sock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sock 0){std::cerr socket error std::endl;exit(2);}// client 要不要bind呢不需要显示的bind但是一定是需要port// 需要让os自动进行port选择// 连接别人的能力struct sockaddr_in server;memset(server, 0, sizeof(server));server.sin_family AF_INET;server.sin_port htons(serverport);server.sin_addr.s_addr inet_addr(serverip.c_str());if (connect(sock, (struct sockaddr *)server, sizeof(server)) 0){std::cerr connect error std::endl;exit(3); // TODO}std::cout connect success std::endl;alive true;}std::cout 请输入# ;std::getline(std::cin, line);if (line quit)break;ssize_t s send(sock, line.c_str(), line.size(), 0);if (s 0){char buffer[1024];ssize_t s recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);if (s 0){buffer[s] 0;std::cout server 回显# buffer std::endl;}else if (s 0){alive false;close(sock);}}else{alive false;close(sock);}}return 0;
}
客户端需要具有连接能力,是通过connect实现的
