# 《TCP/IP网络编程》学习笔记
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我的环境是：Ubuntu18.04 LTS
编译器版本：`g++ (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04) 7.3.0` 和 `gcc (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04) 7.3.0`
所以本笔记中只学习有关于 Linux 的部分。
本项目在 GitHub 地址为：[TCP-IP-NetworkNote](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote)
如果在阅读本笔记的过程中发现错别字，及 bug ，请向本项目提交 `PR`.
笔记的 PDF 版本可以在本项目 [releases](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/releases) 中找到及下载。
## 第 1 章：理解网络编程和套接字
本章代码，在[TCP-IP-NetworkNote](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote)中可以找到，直接点连接可能进不去。
### 1.1 理解网络编程和套接字
#### 1.1.1构建打电话套接字
以电话机打电话的方式来理解套接字。
**调用 socket 函数（安装电话机）时进行的对话**：
> 问：接电话需要准备什么？
>
> 答：当然是电话机。
有了电话机才能安装电话，于是就要准备一个电话机，下面函数相当于电话机的套接字。
```c
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
//成功时返回文件描述符，失败时返回-1
```
**调用 bind 函数（分配电话号码）时进行的对话**：
> 问：请问我的电话号码是多少
>
> 答：我的电话号码是123-1234
套接字同样如此。就想给电话机分配电话号码一样，利用以下函数给创建好的套接字分配地址信息（IP地址和端口号）：
```c
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
//成功时返回0，失败时返回-1
```
调用 bind 函数给套接字分配地址之后，就基本完成了所有的准备工作。接下来是需要连接电话线并等待来电。
**调用 listen 函数（连接电话线）时进行的对话**：
> 问：已架设完电话机后是否只需链接电话线？
>
> 答：对，只需要连接就能接听电话。
一连接电话线，电话机就可以转换为可接听状态，这时其他人可以拨打电话请求连接到该机。同样，需要把套接字转化成可接受连接状态。
```c
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
//成功时返回0，失败时返回-1
```
连接好电话线以后，如果有人拨打电话就响铃，拿起话筒才能接听电话。
**调用 accept 函数（拿起话筒）时进行的对话**：
> 问：电话铃响了，我该怎么办？
>
> 答：接听啊。
```c
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);
//成功时返回文件描述符，失败时返回-1
```
网络编程中和接受连接请求的套接字创建过程可整理如下：
1. 第一步：调用 socket 函数创建套接字。
2. 第二步：调用 bind 函数分配IP地址和端口号。
3. 第三步：调用 listen 函数转换为可接受请求状态。
4. 第四步：调用 accept 函数受理套接字请求。
#### 1.1.2 编写`Hello World`套接字程序
**服务端**：
服务器端（server）是能够受理连接请求的程序。下面构建服务端以验证之前提到的函数调用过程，该服务器端收到连接请求后向请求者返回`Hello World!`答复。除各种函数的调用顺序外，我们还未涉及任何实际编程。因此，阅读代码时请重点关注套接字相关的函数调用过程，不必理解全过程。
服务器端代码请参见：[hello_server.c](ch01/hello_server.c)
**客户端**：
客户端程序只有`调用 socket 函数创建套接字` 和 `调用 connect 函数向服务端发送连接请求`这两个步骤，下面给出客户端，需要查看以下两方面的内容：
1. 调用 socket 函数 和 connect 函数
2. 与服务端共同运行以收发字符串数据
客户端代码请参见：[hello_client.c](ch01/hello_client.c)
**编译**：
分别对客户端和服务端程序进行编译：
```shell
gcc hello_server.c -o hserver
gcc hello_client.c -o hclient
```
**运行**：
```shell
./hserver 9190
./hclient 127.0.0.1 9190
```
运行的时候，首先再 9190 端口启动服务，然后 heserver 就会一直等待客户端进行响应，当客户端监听位于本地的 IP 为 127.0.0.1 的地址的9190端口时，客户端就会收到服务端的回应，输出`Hello World!`
### 1.2 基于 Linux 的文件操作
讨论套接字的过程中突然谈及文件也许有些奇怪。但是对于 Linux 而言，socket 操作与文件操作没有区别，因而有必要详细了解文件。在 Linux 世界里，socket 也被认为是文件的一种，因此在网络数据传输过程中自然可以使用 I/O 的相关函数。Windows 与 Linux 不同，是要区分 socket 和文件的。因此在 Windows 中需要调用特殊的数据传输相关函数。
#### 1.2.1 底层访问和文件描述符
分配给标准输入输出及标准错误的文件描述符。
| 文件描述符 | 对象 |
| :--------: | :-----------------------: |
| 0 | 标准输入：Standard Input |
| 1 | 标准输出：Standard Output |
| 2 | 标准错误：Standard Error |
文件和套接字一般经过创建过程才会被分配文件描述符。
文件描述符也被称为「文件句柄」，但是「句柄」主要是 Windows 中的术语。因此，在本书中如果设计 Windows 平台将使用「句柄」，如果是 Linux 将使用「描述符」。
#### 1.2.2 打开文件:
```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int flag);
/*
成功时返回文件描述符，失败时返回-1
path : 文件名的字符串地址
flag : 文件打开模式信息
*/
```
文件打开模式如下表：
| 打开模式 | 含义 |
| :------: | :------------------------: |
| O_CREAT | 必要时创建文件 |
| O_TRUNC | 删除全部现有数据 |
| O_APPEND | 维持现有数据，保存到其后面 |
| O_RDONLY | 只读打开 |
| O_WRONLY | 只写打开 |
| O_RDWR | 读写打开 |
#### 1.2.3 关闭文件：
```c
#include <unistd.h>
int close(int fd);
/*
成功时返回 0 ，失败时返回 -1
fd : 需要关闭的文件或套接字的文件描述符
*/
```
若调用此函数同时传递文件描述符参数，则关闭（终止）响应文件。另外需要注意的是，此函数不仅可以关闭文件，还可以关闭套接字。再次证明了「Linux 操作系统不区分文件与套接字」的特点。
#### 1.2.4 将数据写入文件：
```c
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
/*
成功时返回写入的字节数 ，失败时返回 -1
fd : 显示数据传输对象的文件描述符
buf : 保存要传输数据的缓冲值地址
nbytes : 要传输数据的字节数
*/
```
在此函数的定义中，size_t 是通过 typedef 声明的 unsigned int 类型。对 ssize_t 来说，ssize_t 前面多加的 s 代表 signed ，即 ssize_t 是通过 typedef 声明的 signed int 类型。
创建新文件并保存数据：
代码见：[low_open.c](ch01/low_open.c)
编译运行：
```shell
gcc low_open.c -o lopen
./lopen
```
然后会生成一个`data.txt`的文件，里面有`Let's go!`
#### 1.2.5 读取文件中的数据：
与之前的`write()`函数相对应，`read()`用来输入（接收）数据。
```c
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
/*
成功时返回接收的字节数（但遇到文件结尾则返回 0），失败时返回 -1
fd : 显示数据接收对象的文件描述符
buf : 要�
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