1、为什么需要网络编程        

        管道、消息队列、共享内存、信号、信号量的IPC都是依赖于系统内核的，因此这些方式无法进行多机间（例如：linux与android、linux与单片机等）的通信。

        网络编程是基于网络的，因此需要网络地址（IP地址和端口号），数据交流协议（http、tcp/udp等）。socket套接字，一般都是用到tcp（可靠的、面向连接、类似于打电话）、udp（不可靠的、面向内容、类似于发短信）协议。

2、端口号的作用

        一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，比如Web服务、FTP服务、SMTP服务等。

        这些服务完全可以通过1个IP地址来实现。那么,主机是怎样区分不同的网络服务呢？显然不能只靠IP地址，因为IP地址与网络服务的关系是一对多的关系。

        实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。

        端口提供了一种访问通道，服务器一般都是通过知名端口号来识别的。例如，对于每个TCP/IP实现来说，FTP服务器的TCP端口号都是21，每个Telnet服务器的TCP端口号都是23,每个TFTP(简单文件传送协议)服务器的UDP端口号都是69。

3、TCP/UDP对比

        （1）TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接)；UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。

        （2）TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达；UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。

        （3）TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流；UDP是面向内容的，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）。

        （4）每一条TCP连接只能是点到点的；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。

        （5）TCP首步开销20字节；UDP的首步开销小,只有8个字节

        （6）TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道。

4、字节序

        字节序是指多字节数据在计算机内存中存储或网络传输时各字节的存储顺序。

        小端字节序（Little Endian）：将低序字节存储在起始地址

        大端字节序（Big Endian）：将高序字节存储在起始地址

        网络字节序是大端字节序，而x86系列CPU都是小端字节序。

4.1 字节序转换API

#include <netinet/in.h>//函数原型
uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue);    //返回网络字节序的值
uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue);    //返回网络字节序的值
uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue);     //返回主机字节序的值
uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue);     //返回主机字节序的值//h代表host，n代表net，s代表short（两个字节），l代表long（4个字节）
//通过上面的4个函数可以实现主机字节序和网络字节序之间的转换
//有时可以用INADDR_ANY，INADDR_ANY指定地址让操作系统自己获取

5、socket开发步骤

        服务端：指定TCP/UDP、设置ip地址、设置端口号、监听

        客户端：获取服务器ip、获取服务器端口、连接

        （1）创建套接字

        （2）为套接字添加信息（IP地址和端口号）

        （3）监听网络连接

        （4）监听到有客户端接入，接受一个连接

        （5）数据交互

        （6）关闭套接字，断开连接 

6、相关API

6.1 创建套接字

//函数原型
int socket(int domain, int type, int protocol);

        （1）domain参数：指明所使用的协议族，通常为AF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）。

                AF_INET               IPv4因特网域

                AF_INET6             IPv6因特网域

                AF_UNIX               Unix域

                AF_ROUTE           路由套接字

                AF_KEY                密钥套接字

                AF_UNSPEC        未指定

        （2）type参数：指定socket的类型

                SOCK_STREAM：流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。

                SOCK_DGRAM：数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠的，无差错的，它使用数据报协议UDP。

                SOCK_RAM：允许程序使用低层协议，原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。

        （3）protocol参数：通常赋值为“0”

                0 选择type类型对应的默认协议

                IPPROTO_TCP        TCP传输协议

                IPPROTO_UDP        UDP传输协议

                IPPROTO_SCTP      SCTP传输协议

                IPPROTO_TIPC        TIPC传输协议

6.2 端口号函数

#include <sys/types.h>        /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>//函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);//ipv4对应的是
struct sockaddr{unsigned short as_family;    //协议族char           as_data[14];  //IP+端口
}
//同等替换
struct sockaddr_in{as_family    sin_family;    //协议族in_port_t    sin_port;      //端口号struct in_addr sinaddr;    //IP地址结构体unsigned char sin_zero[8];    //填充，没有实际意义，只是为根sockaddr结构在内存中对齐，这样两者才能相互转换
}

         bind函数用于绑定IP地址和端口号到socketfd。

        （1）sockfd参数：是一个socket描述符

        （2）addr参数：是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针，指向要绑定给sockfd 的协议地址结构，这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。

        如果要在linux中查找sockaddr_in函数，可以去/usr/include/路径下查找，输入命令：

#使用grep 检索 struct sockaddr_in函数定义的地方
#* 在当前目录下，n 显示行号，i 不区分大小写，r 递归查找
grep "struct sockaddr_in {" * -nir

6.3 地址转换

//函数原型//把字符串形式的“192.168.1.123”转为网络能识别的格式
int inet_aton(const char* straddr,struct in_addr *addrp);//把网络格式的ip地址转为字符串形式
char* inet_ntoa(struct in_addr inaddr); 

 6.4 监听设置函数

#include <sys/types.h>    /* See NOTES*/
#include <sys/socket.h>//函数原型
//coskfd 是socket系统调用返回的服务器端socket描述符
//backlog 指定在请求队列中允许的最大请求数
int listen(int sockfd, int backlog);

        通过listen函数可以设置能处理的最大连接数，listen()并未开始接受连线，只是设置sockect的listen模式，listen函数只用于服务器端，服务器进程不知道要与谁连接，因此，它不会主动地要求与某个进程连接，只是一直监听是否有其他客户进程与之连接，然后响应该连接请求，并对它做出处理，一个服务进程可以同时处理多个客户进程的连接。主要就两个功能：将一个未连接的套接字转换为一个被动套接字(监听)，规定内核为相应套接字排队的最大连接数。

        内核为任何一个给定监听套接字维护两个队列：

                未完成连接队列，每个这样的 SYN 报文段对应其中一项：已由某个客户端发出并到达服务器，而服务器正在等待完成相应的TCP三次握手过程。这些套接字处于SYN_REVD状态；

                已完成连接队列，每个已完成 TCP三次握手过程的客户端对应其中一项。这些套接字处于ESTABLISHED状态。

6.5 连接函数 

#include <sys/types.h>    /* See NOTES*/
#include <sys/socket.h>//函数原型
//参数//sockfd 是socket系统调用返回的服务器端socket描述符//addr 用来返回已连接的对端(客户端)的协议地址//addrlen 客户端地址长度
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

        accept函数由TCP服务器调用，用于从已完成连接队列队头返回下一个已完成连接。如果已完成连接队列为空，那么进程被投入睡眠。

        该函数的返回值是一个新的套接字描述符，返回值是表示已连接的套接字描述符，而第一个参数是服务器监听套接字描述符。一个服务器通常仅仅创建一个监听套接字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建一个已连接套接字(表示TCP三次握手已完成)，当服务器完成对某个给定客户的服务时，相应的已连接套接字就会被关闭。

        

#include <sys/types.h>    /*See NOTES */
#include <sys/socket.h>//函数原型
//参数//sockfd 是目的服务器的sockect描述符//addr 是服务器端的IP地址和端口号的地址结构指针//addrlen 地址长度常被设置为sizeof(struct sockaddr)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

        connect函数用于绑定之后的client端（客户端），与服务器建立连接。

        该函数成功返回0，遇到错误时返回-1，并且error中包含相应的错误码。 

6.6 数据收发函数

        常用api

//在TCP套接字上发送数据函数:有连接//函数原型
ssize_t send(int s, const void *msg, size_t len, int flags);
//包含3要素:套接字s,待发数据msg,数据长度len
//函数只能对处于连接状态的套接字使用，参数s为已建立好连接的套接字描述符，即accept函教的返回值
//参数msg指向存放待发送数据的缓冲区
//参数len为待发送数据的长度，参数flags为控制选项，一般设置为0

//在TCP套接字上接收数据函数:有连接//函数原型
ssize_t recv(int s,void *buf,size_t len, int flags);
//包含3要素:套接字s，接收缓冲区buf，长度len
//函数recv从参数s所指定的套接字描述符(必须是面向连接的套接字）上接收数据并保存到参数buf所指定的缓冲区
//参数len则为缓冲区长度，参数flags为控制选项，一般设置为0