c++应用网络编程之一基本介绍

一、网络编程介绍

c++编程的应用场景在前面分析过，一个重要的方向就是网络编程。一般来说，开发者说的服务端编程在c++方向上简单的可以认为是网络编程。首先需要说明的，本系列不对网络编程的相关基础知识展开详细的说明，因为这种知识在书本上太多了。网络上各种资料更是满开飞，没有必要拷贝来拷贝去的。特别是一些协议等的解析说明，如果不遇到特定的问题不会深入分析说明。

那么最应该明白的网络编程是什么？那么就得明白网络是如何而来。网络，从名字上很好理解，一张把“经络”连接起来的大网。不过这个经络不是人体中的“经络”而是一个个节点，这个节点可以是虚拟的，也可以是物理的，也可以是混合的。它可以是一台电脑，一个手机，一个终端，也可以是一个局域网、城域网等等。

计算机的网络技术在计算机技术中算是比较早期的一种技术了，在60年代的中期就已经开始在实际应用了。但真正的普及是美国的国防用网络。早期学习电脑的或者看过早期电影的，都听说过某某黑客特别厉害，进入了五角大楼的网络，盗取了不少军事资料。可以这样讲，计算机的网络技术也是从美国开始兴起的，然后在全世界开始普及。这也解释了为什么现在最牛的互联网公司基本都在美国的一个重要原因。比如耳熟能详的谷歌、微软、脸书以及推特等等。

随着PC的出现和发展，局域网（LAN）出现。美国Xerox公司首先推出了Ethernet网，慢慢其成为了一种标准，大家都称现在的局域网络为以太网。有了局域就会有广域网WAN。不过需要说明的是，所谓局域与广域是一个相对概念，请大家一定要根据实际场景来确定。

网络技术其实就是处理PC间连接通信的技术。从物理上讲，如何识别网络中的PC，如何与其它PC交换数据等等。首先需要用物理导线将各个PC连接起来，一开始是电缆，后来光缆，再后来又有无线技术。然后还要有路由器和交换机把数据将有的传送到指定的PC。而为了实现上述的功能，就需要一系列的通信标准和通信协议。这就引出了网络协议的五层模型（七层就是个学术的东西，没啥实际应用的意义）。而这个模型中，则包含是最常见的网络编程中的TCP/IP、UDP、HTTP等最常见的网络编程技术。或者说的不准确一些，对大多数的网络编程人员来说，就是TCP/IP和UDP编程。在移动互联网中，HTTP则更为普及的被使用。至于其它的技术，基本都是相当专业的人员或者特定领域的开发者才会使用。

二、基本知识

这里不谈较老的技术和很新的技术，比如QUIC和HTTP3等。在网络编程中，可以分成两大类应用，即B/S开发和C/S开发（P2P以后专门讲），这里只谈C/S开发。即本系列主要针对C/S开发中的TCP/IP编程以及UDP的编程。只要掌握了它们的编程，其它的编程基本都差不多。在TCP/IP和UDP编程中，需要掌握一些基本的知识：

1、服务器

这个概念是一个非常容易混淆的概念，一定要区别在不同的语境和环境下的定义。在网络编程的语境下，一般是指承载网络服务软件的服务器电脑（硬件）。它可以分成网络内部自用，比如路由器、交换机等也可以只提供某种网络服务的电脑如打印服务器、邮箱服务器等。

2、服务端

服务端或服务端软件，也可以叫网络服务，在特定到C/S编程中，就是指提供连接服务的程序。一般来说，服务端是被接收连接的。

3、客户端

客户端在C/S编程中指发起连接的一端。

4、协议栈

协议栈（Protocol stack），又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。

5、伯克利套接字

伯克利套接字（Berkeley sockets），也称为BSD Socket。其是一种使用C语言实现的网络编程抽象接口。现在几乎成为了互联网通信的标准接口。

6、五元组和三元组：

五元组包括：源IP地址，源端口，目的IP地址，目的端口和传输层协议。这等同于现实世界中的人和人之间的通信地址。

7、协议族

socket函数中的第一个参数中意义，也叫协议域。通常有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等。协议族确定socket的地址类型，即双方必须使用相同的通信类型才可以进行以通信。如常见的AF_INET需要用32位（类似192.168.0.1）ipv4地址与16位端口号（最大65535）的组合、AF_UNIX需要用一个绝对路径名作为地址。

当然，还有很多的基础性的知识和名词术语。网络技术是一个发展了很多年的技术，它既成熟又年轻。举一个简单的例子，当有一个人说他是搞服务端编程的，如何确定他的技术栈？其实这个定义非常难确定，网上一些大牛的说明其实也不能够完全覆盖相关的内容，即他们的定义也是不严谨的。但仅从经验和学识来推断，特定到C/c++中，它一般是指TCP/IP编程的相关技术栈（当然，它也不严谨）。

再举一个实际的例子，大家去品一下上面这段话，至于能理解多少看自身了。在某电力部门，要求把服务端程序部署在终端上，把客户端程序部署在服务器上。客户端要24*7运行，服务端可以允许断线。

注意：再次说明，本系列不是对网络编程技术基础知识的详细分析说明，是对c++在网络编程上的应用分析说明，所以只对相关的一些知识点进行指出和简要的说明。更多的相关知识，请自行查阅下面提供的书籍和资料！

三、简单示例

虽然网络编程的例子多之又多，但这里还是要给一个简单的例子：

服务端：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    const char* msg = "hello moto！";
    //创建socket
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //设置选项
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //地址设置
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons( 8888 );
    //绑定端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))
        perror("bind err");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //监听
    if (listen(server_fd, 5)