3.网络通信

3.1 是什么？

        网络通信的本质就是进程间通信。

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3.2 为什么？

        发送数据的主机由进程发出数据，接收数据的主机也要靠进程处理数据。简化后其实就是一个进程发出数据，另一个进程处理数据。所以说网络通信的本质就是进程间通信。

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3.3 网络通信时如何保证IP地址+端口号能找到指定进程？

• 客户端进程给服务端进程发信息
          服务端进程一般都是一经启动，避免关闭，所以服务端进程的端口号不会随意改变。所以客户端进程能根据下载软件时得到的IP地址+端口号找到服务端进程。     
• 服务端进程给客户端进程发信息
          软件被用户打开后，客户端进程和端口号被创建，此时客户端进程要先向服务端发信息来获取数据，所以服务端进程就得到了客户端进程的IP地址+端口号，往后服务端进程能根据客户端进程的IP地址+端口号找到客户端进程。（所以我们打开软件后，通常会加载一会）

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3.4 OS如何根据端口号找到指定的进程？

        底层采用哈希的方式建立了端口号和进程PID或PCB之间的映射关系，当底层拿到端口号时就可以在哈希表中根据端口号找到对应的进程。

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3.5 网络通信是双方的

        当一台主机发送数据给另一台主机时，发送方除了要发送数据外还要把自己的 IP地址和端口号 发送给接收方，所以接收方能给发送方回数据。所以说通信是双方的。

• TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)，TCP协议是一种有连接、可靠、面向字节流的传输层通信协议。
• TCP协议是面向连接的，如果两台主机之间想要进行数据传输，那么必须要先建立连接，当连接建立成功后才能进行数据传输。
• TCP协议是可靠的，因为TCP协议注重丢包率， TCP协议花费大量开销解决数据在传输过程中出现的丢包、乱序等问题，保证不丢包。文件传输、电子邮件、网站访问一般用的就是TCP协议。

5.UDP协议简介

• UDP(User Datagram Protocol 用户数据报协议)，UDP协议是一种无连接、不可靠、面向数据报的传输层通信协议。
• 使用UDP协议进行通信时无需建立连接，如果两台主机之间想要进行数据传输，那么直接将数据发送给对端主机就行了。
• UDP协议是不可靠的，因为UDP协议注重效率，没有处理在传输数据过程中小概率出现的丢包、乱序等情况。直播一般用的就是UDP协议。

6.网络字节序

6.0 大端字节序和小端字节序

• 大端字节序：是将数据的低位字节放到高地址处，高位字节放到低地址处。
  （大端低地址高字节：“大弟高”）

• 小端字节序，是将数据的低位字节放到低地址处，高位字节放到高地址处。
  （小端低地址低字节：“小弟弟”）

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6.1 是什么？

        

        即网络通信中共同遵守的字节序，规定为 大端字节序（低字节，高地址）。

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6.2 为什么？

不同计算机的 字节序不同，如果在网络通信时不加以规定，会出现发送方以大端模式发送数据，接收方以小端模式读取数据，导致通信失败的情况。

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6.3 怎么定义？

        TCP/IP协议规定,网络数据流应采用大端字节序,即低地址高字节。 不管这台主机是大端机还是小端机, 都会按照这个TCP/IP规定的网络字节序来发送/接收数据。

如果当前发送主机是小端, 就需要先将数据转成大端再发送，否则直接发送。

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6.4 网络字节序与主机字节序之间的转换函数

        为使网络程序具有可移植性,使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行,可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换

#include <arpa/inet.h>uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
//将主机字节序(h)转换为(to)网络字节序(n)要转化的数据是长整数(l)。uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

• 这些函数名很好记：h表示host，n表示network，l表示32位长整数，s表示16位短整数。所以htonl表示：将主机字节序(h)转换为(to)网络字节序(n)要转化的数据是长整数(l)。

• 如果主机是小端字节序，这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回。
• 如果主机是大端字节序，这些 函数不做转换，将参数原封不动地返回。 

二、socket

1.什么是socket(套接字)？

        IP地址+端口号就是socket(套接字) ，用来标定某主机上的某进程。

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2.为什么要有套接字？

        有了套接字，不同主机的进程才能在网络中找到彼此，才能进行网络通信(进程间通信的前提是能互相看到彼此)，所以说套接字是网络通信的基石。其次有了套接字，开发者才能开发出通用的网络通信接口，用户也能拿着套接字去使用这些接口。

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3.套接字的主要类型

• 网络套接字：应用于跨主机网络通信，也支持本地通信，主要有两种：
       a.流套接字：用于读取TCP协议的数据。
       b.数据报套接字：用于读取UDP协议的数据。
• unix域间套接字：只能进行本地通信。
• 原始套接字(SOCK_RAW)：可以从应用层直接绕开传输层，直接去访问底层协议，所以原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送的数据必须使用原始套接字。

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拓】网络套接字

1. 流套接字(SOCK_STREAM)流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因TCP协议。流套接字只能读取TCP协议的数据。
2. 数据报套接字(SOCK_DGRAM)数据报套接字提供一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性,数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP( User DatagramProtocol)协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在程序中做相应的处理。数据报套接字只能读取UDP协议的数据。

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拓】功能强大的套接字

        套接字是非常强大的，虽然现在主要用于网络通信，但其实套接字可以用于几乎任何类型的进程间通信：本地通信、各种类型的网络通信等。

三、socket API

1.socket API是什么？  

        是提供给程序员(应用层)做网络开发所用的接口，用来实现不同主机中进程的通信。

        Socket API(套接字编程接口)实际是 传输层 提供给 应用层 的编程接口，用来实现不同主机中进程的通信：传输层在网络层的基础上提供进程到进程问的逻辑通道，而应用层的进程则利用传输层向另一台主机的某一进程通信。Socket就是应用层与传输层之间的桥梁，使用Socket编程可以开发客户端和服务端应用程序，从而通过网络实现在全球范围内通信。

2.为什么要有Socket API?

        socket(套接字)只是网络通信的前提，只有开发出一套通用的网络接口才能实现不同主机中进程的通信。Linux下的这套接口就是Socket API（套接字编程接口）。

3.Socket编程常见API