基本概念

网络编程的核心概念包括IP地址和端口号：

• IP地址用于唯一标识网络上的设备。
• 端口号则用于标识设备上的特定服务或应用程序。

套接字

在C语言中，都是使用套接字进行网络编程，它涉及以下几个关键步骤：

1. 创建套接字：使用socket()函数创建一个套接字。
2. 绑定地址：使用bind()函数将套接字与特定的IP地址和端口号绑定。
3. 监听连接：使用listen()函数将套接字设置为监听模式，等待客户端连接。
4. 接受连接：使用accept()函数接受客户端的连接请求，创建一个新的套接字用于与客户端通信。
5. 读写数据：使用recv()和send()函数在套接字之间读写数据。
6. 关闭套接字：使用close()函数关闭套接字。

示例代码（TCP服务器）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define PORT 8080
#define MAXLINE 1024

int main() {
    int sockfd, connfd;
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
    socklen_t len = sizeof(cliaddr);

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置地址结构
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定套接字
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(sockfd, 5) < 0) {
        perror("Listen failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
    if (connfd < 0) {
        perror("Accept failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取客户端数据
    char buffer[MAXLINE];
    int n = recv(connfd, buffer, MAXLINE - 1, 0);
    if (n < 0) {
        perror("Recv failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    buffer[n] = '\0';
    printf("Client: %s\n", buffer);

    // 向客户端发送数据
    const char *msg = "Hello from server";
    send(connfd, msg, strlen(msg), 0);

    // 关闭套接字
    close(connfd);
    close(sockfd);

    return 0;
}

TCP/IP协议与套接字通信

TCP/IP协议是互联网上最常用的通信协议。

TCP（传输控制协议）是面向连接的可靠的传输协议，利用TCP协议进行通信时，首先要建立通信双方的连接。一旦连接建立完成，就可以进行通信。

**TCP**还提供了数据确认和数据重传的机制，保证了发送的数据一定能到达通信的对方，这就是为什么说TCP是可靠传输的原因。

基于TCP的套接字编程的服务器端程序流程如下：

1. 创建套接字。
2. 将创建的套接字绑定到本地的地址和端口上。
3. 设置套接字的状态为监听状态，准备接受客户端的连接请求。
4. 接受请求，同时返回得到一个用于连接的新套接字。
5. 使用这个新套接字进行通信（通信函数使用send/recv）。
6. 通信完毕，释放套接字资源（closesocket）。

基于TCP的套接字编程的客户端程序流程如下：

1. 创建套接字。
2. 向服务器发出连接请求（connect）。
3. 连接后，与服务器进行通信操作（send/recv）。
4. 释放套接字资源（closesocket）。

示例代码（TCP客户端）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    const char *message = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};

    // 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\nSocket creation error\n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 转换地址
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address\n");
        return -1;
    }

    // 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection failed\n");
        return -1;
    }

    send(sock, message, strlen(message), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Message from server: %s\n", buffer);

    close(sock);
    return 0;
}

UDP协议与广播/多播

UDP（用户数据报协议）是无连接的不可靠的传输协议。采用UDP进行通信时，不需要建立连接，可以直接向一个IP地址发送数据，但是不能保证对方能收到。

UDP协议支持广播和多播。广播是指将数据包发送到网络上的所有设备，而多播则是将数据包发送到网络上的一个特定子集的设备。

UDP广播示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

int main() {
    int sock;
    struct sockaddr_in broadcastAddr;
    const char *message = "Hello from UDP broadcast";
    char buffer[1024] = {0};

    // 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int broadcastEnable = 1;
    if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broadcastEnable, sizeof(broadcastEnable)) < 0) {
        perror("Setsockopt for broadcast failed");
        close(sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    broadcastAddr.sin_family = AF_INET;
    broadcastAddr.sin_port = htons(8080);
    broadcastAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("255.255.255.255"); // 广播地址

    // 发送广播消息
    if (sendto(sock, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&broadcastAddr, sizeof(broadcastAddr)) < 0) {
        perror("Sendto failed");
        close(sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
        
     }
     close(sock);
     return 0;
  }

练习

1. 利用socket，创建TCP的server，并编写client程序，与server通信，client向server发送Hello，World，server向client返回Hello，Client。