01.最简单的通信模型

Posted oldmao_2001

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了01.最简单的通信模型相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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试看：https://www.bilibili.com/video/BV1cb411w7sZ?p=1
购买：https://study.163.com/course/introduction.htm?courseId=1006358018
先试看一下，做点笔记，当然还会结合之前教过的网络编程知识进行补充。
作者是C3程序猿
以下简介搬运之原课程介绍
课程章节：
第一章 c/s模型的讲解以及代码实现
第二章 select模型的讲解以及代码实现
第三章 异步选择模型的讲解以及代码实现
第四章 事件选择模型的讲解以及代码实现
第五章 重叠i/o模型的讲解以及代码实现
第六章 完成端口模型的讲解以及代码实现
第七章 tcp/ip基础知识的讲解，包括网络分层，三次握手，四次挥手，协议头等等。
语言是C语言
没装VS 2013，装了VC6.0
网络编程主要学习：TCP/IP，UDP，HTTP即可，其实前面两个还比较像，HTTP没认真学过，不发表意见。
参考书：windows网络编程（第一版）罗莉琴
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/winsock2/nf-winsock2-socket
https://tangentsoft.net/wskfaq/

基本概念

网络编程：从理论上看是基于网络协议的编程；从代码角度上看，就是就是调用对应的函数，传递对应的参数。
网络协议：协议即规则，网络协议就是双方通信的规则。
协议就好比语言，要想和中国人打交道就要讲中国话，和美国人讲话就要讲英语，这个就好比TCP这些协议，客户机要和服务器进行通讯，就要使用相同协议。中国话里面有有细分的地方话，就好比有基于TCP的SNTP协议。
TCP/IP：是一个协议家族不是面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层协议。
UDP：面向非连接的，不可靠的，基于数据报的传输层协议。
套接字编程=Socket编程=网络编程
Socket实际上有分Windows（WinSock）和Linux（BSD Socket），二者接口函数名称虽然一致，但是WinSock增加了一些扩展函数。

头文件和库文件

不用问就是每次要写下面两句话：
下面例子没报错说明头文件和库文件没问题，本来不想装VC的，机器上有CFREE，但是CFREE没有这两个文件，网上找一圈居然没有下载，不得已又装上了许久不用的VC6.0

# include <WinSock2.h>
# pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main(void)
{

	return 0;
}

当然，类似MFC，WPF有自己封装好的网络库，但是最底层的还是上面两个文件，当然我们也可以自己进行封装。 <WinSock2.h>的最新版本是2.2，比<WinSock.h>内容要多，但是和BSD Socket差别也比较大，如果要想把Linux下的BSD Socket移植到Windows来，可以用<WinSock.h>。
库文件名里面有32，但是无论是64还是32位系统都是用它。
头文件和库文件文件名不区分大小写
下面先来看个例子

服务端

1.打开网络库

int WSAStartup(WORD wVersionRequired, LPWSADATA lpWSAData);

命令中的WSA三个字母分别对应：Windows、Socket、Asynchronous（同步：阻塞状态，当然还有异步工作模式非阻塞模式），Startup代表启动。启动了这个库，这个库里的函数/功能才能使用。
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/winsock/nf-winsock-wsastartup
wVersionRequired：指定系统支持的Socket版本库，可以用MAKEWORD来设置。

WORD wdVersion=MAKEWORD(2,2);//2.2
int a=*((char*)&wdVersion); //看低位
int b=*((char*)&wdVersion+1);//看高位

这里的WORD类型共两个八位字节，低八位（地址小）存主版本号就是·前面那个2，高八位（地址大）存副版本号就是点后面那个2，写成二进制就是：
00000010 低 八 位 00000010 高 八 位 = 514 \\underset{低八位}{0000 0010 }\\quad\\underset{高八位}{0000 0010}=514 低八位00000010​高八位00000010​=514
可以调试看看，整个表示为十进制是514。
具体操作可以看MAKEWORD的源码：

#define MAKEWORD(a, b)      ((WORD)(((BYTE)(a)) | ((WORD)((BYTE)(b))) << 8))

就是把传进来主版本号的左移八位，空出高八位的八个0
((WORD)((BYTE)(b))) << 8 = 00000010 低 八 位 00000000 高 八 位 \\text{((WORD)((BYTE)(b))) << 8}=\\underset{低八位}{0000 0010 }\\quad\\underset{高八位}{0000 0000} ((WORD)((BYTE)(b))) << 8=低八位00000010​高八位00000000​
然后再和主版本号进行按位或就得到主版本号在低八位，副版本号在高八位的结果。
当输入版本不存在：

输入描述结果
输入1.3、2.65有主版本，没有副版本得到该主版本的最大副版本1.1、2.2并使用
输入4.0超过最大版本号使用系统能提供的最大的版本
输入0.5缺少主版本号网络库打开失败，不支持请求的套接字版本

lpWSAData：是一个WSADATA结构体指针

lp开头的参数都是要传入指针，或者一个地址。例如LPWSADATA 就是要WSADATA的地址或者指针作为参数传入。
从头文件里面可以看到LPWSADATA和WSADATA*是一个玩意，是个别名


typedef struct WSAData {
        WORD                    wVersion;
        WORD                    wHighVersion;
        char                    szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
        char                    szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
        unsigned short          iMaxSockets;
        unsigned short          iMaxUdpDg;
        char FAR *              lpVendorInfo;
} WSADATA, FAR * LPWSADATA;

如果用LPWSADATA或者WSADATA*来定义WSAStartup参数的话，那么就要为其malloc申请空间，在程序后面要free，貌似很麻烦，一般用后面一种方法。

LPWSADATA lpw = (WSADATA*)malloc(sizeof(WSADATA));
WSAStartup(wdVersion,lpw);
free(lpw);

如果直接用WSADATA，那么在传入参数的时候，直接&取地址就可以：

WSADATA wdScokMsg;
WSAStartup(wdVersion,&wdScokMsg);

函数返回值为0表示成功，
在这里插入图片描述
wVersion：我们要使用的版本，就是自己初始化MAKEWORD那里指定的版本
wHighVersion：系统能提供给我们最高的版本
iMaxSockets：返回可用的socket的数量，2.0版本之后就没用了
iMaxUdpDg：UDP数据报信息的大小，2.0版本之后就没用了
lpVendorlnfo：供应商特定的信息，2.0版本之后就没用了
zDescription：当前库的描述信息，2.0是第二版的意思
szSystemstatus ：Running表示正在运行

否则返回错误码，可以写一段代码判断是否执行成功。具体内容可以看CSDN。

	#include <stdio.h>
	int nRes = WSAStartup(wdVersion,lpw);

	if (0 != nRes)
	{
		switch(nRes)
		{
			case WSASYSNOTREADY: 
				printf("解决方案：重启。。。");
				break; 
			case WSAVERNOTSUPPORTED: 
				printf("解决方案：更新网络库");
				break; 
			case WSAEINPROGRESS: 
				printf("解决方案：重启。。。");
				break; 
			case WSAEPROCLIM: 
				printf("解决方案：网络连接达到上限或阻塞，关闭不必要软件");
				break; 
			case WSAEFAULT:
				printf("解决方案：程序有误");
				break;
		}
		return 0;
	}
名称数值含义解决方案
WSASYSNOTREADY10091底层网络子系统尚未准备好进行网络通信。重启电脑，并检查库文件是否存在
WSAVERNOTSUPPORTED10092此特定Windows套接字实现不提供所请求的Windows套接字支持的版本。指定版本不支持，只能换低版本的试试
WSAEPROCLIM10067已达到对Windows套接字实现支持的任务数量的限制。Windows Sockets实现可能限制同时使用它的应用程序的数量
WSAEINPROGRESS10036正在阻止Windows Sockets 1.1操作。当前函数运行期间，由于某些原因造成阻塞，会返回该错误码，其他操作均禁止
WSAEFAULT10014IpWSAData参数不是有效指针。参数写错了

当然还有别的错误码：


/*
 * Extended Windows Sockets error constant definitions
 */
#define WSASYSNOTREADY          (WSABASEERR+91)
#define WSAVERNOTSUPPORTED      (WSABASEERR+92)
#define WSANOTINITIALISED       (WSABASEERR+93)
#define WSAEDISCON              (WSABASEERR+101)
#define WSAENOMORE              (WSABASEERR+102)
#define WSAECANCELLED           (WSABASEERR+103)
#define WSAEINVALIDPROCTABLE    (WSABASEERR+104)
#define WSAEINVALIDPROVIDER     (WSABASEERR+105)
#define WSAEPROVIDERFAILEDINIT  (WSABASEERR+106)
#define WSASYSCALLFAILURE       (WSABASEERR+107)
#define WSASERVICE_NOT_FOUND    (WSABASEERR+108)
#define WSATYPE_NOT_FOUND       (WSABASEERR+109)
#define WSA_E_NO_MORE           (WSABASEERR+110)
#define WSA_E_CANCELLED         (WSABASEERR+111)
#define WSAEREFUSED             (WSABASEERR+112)

具体可以看：https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/winsock/windows-sockets-error-codes-2

2.校验版本

这里可以用两个宏：
HIBYTE是获取高位副版本
LOBYTE是获取低位主版本

	//校验版本，只要有一个不是2，说明系统不支持我们要的2.2版本	
	if (2!=HIBYTE(lpw->wVersion)|| 2!=LOBYTE(lpw->wVersion))
	{
			printf("版本有问题！");
			WSACleanup();//关闭网络库
			return 0;
	}

如果WSAStartup用的地址就是：

	WSADATA wdScokMsg;
	WSAStartup(wdVersion,&wdScokMsg);
	//校验版本，只要有一个不是2，说明系统不支持我们要的2.2版本
	if (2!=HIBYTE(wdScokMsg.wVersion)|| 2!=LOBYTE(wdScokMsg.wVersion))
	{
			printf("版本有问题！");
			WSACleanup();//关闭网络库
			return 0;
	}

3.创建SOCKET

SOCKET背景知识

概念：将底层复杂的协议体系，执行流程，进行了封装，封装完的结果，就是一个SOCKET了，也就是说，SOCKET是调用协议进行通信的操作接口。SOCKET将复杂的协议过程与我们编程人员分开，我们直接操作一个简单SOCKET就行了，对于底层的协议过程细节，完全不用知道（协议本身种类繁多，复杂性高，封装后编程就不用考虑这么多了）。
SOCKET的本质就是一个唯一的整数（uint），可以看下定义，在Windows中称为句柄。
整个网络编程的所有函数都要用到这个句柄，所以网络编程=Socket编程。

代码

不同协议创建（实例化）的SOCKET代码稍微有点不一样，TCP的SOCKET实例化如下所示：

SOCKET socketServer=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);

参数1：地址类型
下表中的后面2个VC 6.0还不支持。。。
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/winsock2/nf-winsock2-socket

名称取值含义
AF_INET2Internet协议版本4（IPv4）地址系列。
AF_INET623Internet协议版本6（IPv6）地址系列。
AF_BTH32蓝牙地址系列。如果计算机安装了蓝牙适配器和驱动程序，则Windows XP SP2或更高版本支持此地址系列。
AF_IRDA26红外数据协会（IrDA）地址系列。仅当计算机安装了红外端口和驱动程序时，才支持此地址系列。
#define AF_UNIX         1               /* local to host (pipes, portals) */
#define AF_INET         2               /* internetwork: UDP, TCP, etc. */
#define AF_IMPLINK      3               /* arpanet imp addresses */
#define AF_PUP          4               /* pup protocols: e.g. BSP */
#define AF_CHAOS        5               /* mit CHAOS protocols */
#define AF_NS           6               /* XEROX NS protocols */
#define AF_IPX          AF_NS           /* IPX protocols: IPX, SPX, etc. */
#define AF_ISO          7               /* ISO protocols */
#define AF_OSI          AF_ISO          /* OSI is ISO */
#define AF_ECMA         8               /* european computer manufacturers */
#define AF_DATAKIT      9               /* datakit protocols */
#define AF_CCITT        10              /* CCITT protocols, X.25 etc */
#define AF_SNA          11              /* IBM SNA */
#define AF_DECnet       12              /* DECnet */
#define AF_DLI          13              /* Direct data link interface */
#define AF_LAT          14              /* LAT */
#define AF_HYLINK       15              /* NSC Hyperchannel */
#define AF_APPLETALK    16              /* AppleTalk */
#define AF_NETBios      17              /* NetBios-style addresses */
#define AF_VOICEVIEW    18              /* VoiceView */
#define AF_FIREFOX      19              /* Protocols from Firefox */
#define AF_UNKNOWN1     20              /* Somebody is using this! */
#define AF_BAN          21              /* Banyan */
#define AF_ATM          22              /* Native ATM Services */
#define AF_INET6        23              /* Internetwork Version 6 */
#define AF_CLUSTER      24              /* Microsoft Wolfpack */
#define AF_12844        25              /* IEEE 1284.4 WG AF */


#define AF_MAX          26

参数2：套接字类型（数据的传递方式）

名称数值内容
SOCK_STREAM1提供带有OOB数据传输机制的顺序，可靠，双向，基于连接的字节流。此套接字类型使用传输控制协议（TCP）作为Internet地址系列（AF_INET或AF_INET6）。
SOCK_DGRAM2一种支持数据报的套接字类型，它是固定（通常很小）最大长度的无连接，不可靠的缓冲区。此套接字类型使用用户数据报协议（UDP）作为Internet地址系列（AF INET或AF_INET6）。
SOCK_RAW3提供允许应用程序操作下一个上层协议头的原始套接字。要操作lPv4标头，必须在套接字上设置IP_HDRINCL套接字选项。要操作lPv6标头，必须在套接字上设置IPV6_HDRINCL套接字选项。
SOCK_RDM4提供可靠的消息数据报。这种类型的一个示例是Windows中的实用通用多播（PGM）多播协议实现，通常称为可靠多播节目。仅在安装了可靠多播协议时才支持此类型值。
SOCK_SEQPACKET5提供基于数据报的伪流数据包。

参数3：协议类型，常见搭配如下表所示：

名称数值协议名称地址参数套接字类型
IPPROTO_TCP6传输控制协议（TCP）AF_INET或AF_INET6SOCK_STREAM
IPPROTO_UDP17用户数据报协议（UDP）AF_INET或AF INET6SOCK_DGRAM
IPPROTO_ICMP1Internet控制消息协议（ICMP）AF UNSPEC，AF_INET或AF_INET6SOCK RAW或未指定
IPPROTO_IGMP2Internet组管理协议（IGMP）AF UNSPEC，AF_INET或AF_INET6SOCK RAW或未指定
IPPROTO_RM113用于可靠多播的PGM协议（Windows Vista以上版本叫IPPROTO_PGM）AF_INETSOCK_RDM（仅在安装了可靠多播协议时才支持此协议值）

注意：协议类型直接写0默认是TCP协议，但是尽量避免这样写，以免以后的代码升级出BUG。

返回值：
成功则返回Socket句柄，使用完毕要用CloseSocket(socketListen)销毁该句柄。
失败返回INVALID_SOCKET，此时要关闭网络库，可用WSAGetLasterror()返回错误码。此时不用关闭Socket句柄。

if(INVALID_SOCKET == socketServer)
	{
		//清理网络库，不关闭句柄
		WSACleanup();
		return 0;
	}

	closesocket(socketServer);//如果有创建客户端SOCKET句柄，也要关闭
	WSACleanup();

4.绑定地址与端口

为socket绑定端口号与具体地址。关于IP地址和端口号的知识就不赘述了。但是不能使用已经在用的端口。

netstat -ano|findstr “xxxxx"

检查端口号是否被使用，使用了就会显示使用的程序，未被使用则没有结果。

int WSAAPI bind(
  SOCKET         s,
  const sockaddr *name,
  int            namelen
);

参数1：SOCKET句柄

参数2：sockaddr 结构体指针

struct sockaddr {
        ushort  sa_family;//2字节
        char    sa_data[14];//14字节
};

struct sockaddr_in {
        short   sin_family;//2字节
        u_short sin_port;//2字节
        struct  in_addr sin_addr;//4字节
        char    sin_zero[8];//8字节
};

可以看到两个结构体内容不一样，但是大小是一样的，可以把下面的强转为上面的类型，而并不报错。
可以看到sockaddr_in 更加的方便我们填写端口号和IP地址，因此参数2通常是用sockaddr_in来定义，然后再强转为sockaddr类型。
这里的sin_addr是in_addr类型的结构体，这个结构体的代码如下所示

struct in_addr {
  union {
    struct {
      u_char s_b1;//1字节
      u_char s_b2;//1字节
      u_char s_b3;//1字节
      u_char s_b4;//1字节
    } S_un_b;
    struct {
      u_short s_w1;//2字节
      u_short s_w2;//2字节
    } S_un_w;
    u_long S_addr;//4字节
  } S_un;
};

可以看到，in_addr结构体有三种定义方式：

	struct sockaddr_in si;
	//第一种
	si.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b1=192;
	si.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b2=168;
	si.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b3=0;
	si.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b4=1;

	//第二种
	没找到例子

	//第三种
	si.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("192.168.0.1");

参数3：参数2的长度，sizeof(参数2)

返回值：成功返回0
失败处理方式和创建SOCKET处理方式一样

	if(SOCKET_ERROR==bind(socketServer,(const struct sockaddr *)&si,sizeof(si)))
	{
		int err = WSAGetLastError();//取错误码
		closesocket(socketServer);//释放
		WSACleanup();//清理网络库
		return 0;
	}

si在强转的时候是要把变量传入函数bind中，为了防止函数改动该变量，所以加上了const限定词。

5.开始监听

将SOCKET设置为监听状态。

int WSAAPI listen(
  SOCKET s,
  int    backlog
);

函数名中WSAAPI表示调用约定，和系统有关，与程序员无关。其作用有三：
1.函数名字的编译方式；
2.参数的入栈顺序；
3.函数的调用时间。
参数1：SOCKET句柄，该句柄是未连接的状态才能创建成功。
参数2：除了在处理连接，还能挂起多少个连接（处于等待的连接数量），超过（处理中的连接数量+挂起连接数量）则拒绝连接。可以用SOMAXCONN作为默认值，由系统来决定挂起连接数量的最大值。

返回值：成功返回0
失败处理方式和创建SOCKET处理方式一样

	if(SOCKET_ERROR==listen(socketServer,SOMAXCONN))
	{
		int err = WSAGetLastError();//取错误码
		closesocket(socketServer);//释放
		WSACleanup();//清理网络库
		return 0;
	}

6.等待客户端连接

注意，accept函数不是接收客户端连接，连接（准确的说：三次握手）是listen那里就搞定了，这里接收的是客户端的SOCKET，因此该函数返回值是一个客户端的SOCKET句柄。如果有多个客户端，需要多次调用该函数。当然同时调用多个就要用到多线程的知识，后面再专门讲。该函数默认是阻塞同步执行的，如果执行到该函数，且没有客户端进行连接，则程序会在这里等待直到有客户端连接。如果有n个客户端要连接服务器，那么就要循环调用该函数n次，如果调用次数大于n则会出现阻塞，无法执行下面的数据交互，因此实作过程中，accept会单独放到某个线程中。

SOCKET WSAAPI accept(
  SOCKET   s,
  sockaddr *addr,
  int      *addrlen
);

参数1：服务器SOCKET句柄，该句柄要先处于监听状态，客户端的连接都由这个服务器SOCKET句柄管理。
参数2：sockaddr类型的结构体的传址调用，获取客户端的地址、端口信息。
参数3：int类型的传址调用，传入参数2的大小。

	struct sockaddr_in clientMsg;
	int clientMsgLen=sizeof(clientMsg);
	SOCKET socketClient = accept(socketServer,(struct sockaddr *)&clientMsg,&clientMsgLen);

注意，参数2/3可以同时设置为NULL，放弃获取客户端地址、端口信息。当然后面还可以用以下函数重新从客户端SOCKET获取信息：

我如何使用视图模型从另一个片段访问函数


 带 Hilt 的活动片段通信


 最简单的RNN回归模型入门(PyTorch)


 netty学习01-IO模型


 片段通信问题（尝试调用虚方法）


 代码片段 - Golang 实现简单的 Web 服务器