一、关于网络的部分概念
- 1 URL(网址)及URL的解析
- 2 URL的解析
- 3 域名及域名解析
- 3 IP及子网掩码
- 4 什么是Web服务器
- 5 HTTP的基本概念
- 6 Socket库概念
- 7 协议栈
- 8 Socket库收发数据基本步骤
二、基于TCP的网络应用程序
三、基于UDP的网络应用程序

一、关于网络的部分概念

1 URL(网址)及URL的解析

网址：学名叫URL（Uniform Resource Locator），统一资源定位符。URL的各种形式如下图所示。
在这里插入图片描述
尽管URL有各种不同的写法，但他们有一个共同点，就是URL开头的文字，即“http:”“ftp:”“file:”"mailto:"这部分文字标识浏览器应当使用的访问方法。比如当访问Web服务器时应当使用HTTP协议，而访问FTP服务器时应当使用FTP协议。因此，我们可以把这部分理解为访问时使用的协议类型。

2 URL的解析

浏览器先要解析URL,从而生成发送给Web服务器的请求消息。以下我们以访问Web服务器为例进行讲解，假定URL为http://www.lab.glasscom.com/dir1/file1.html ，经过浏览器解析之后，可以看到拆分结果为：Web服务器名称www.lab.glasscom.com，以及文件的路径名/dir1/file1.html
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3 域名及域名解析

一般来说，域名包括顶级域名、一级域名、子域名组成，其格式为www.A.B.C.com，句点划分了域名的层次结构，越靠右的域（如com）的层次越高。假设DNS服务器和域一一对应（实际上比较复杂），则上层域的DNS服务器保存着下级服务器的信息，因此可以一层一层顺藤摸瓜地查找下去。
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对地址为 http://www.lab.glasscom.com/dir1/file1.html 的URL来说，其中的www.lab.glasscom.com就是域名。
当我们在浏览器输入一个域名后，需要进行域名解析，也就是通过操作系统Socket库中的解析器向最近的DNS服务器查询域名对应的IP地址，获得此地址后，我们才能同该服务器进行通信。

3 IP及子网掩码

互联网和公司内部的局域网都是基于TCP/IP的思路来设计的，也就是由一些小的子网，通过路由器连接起来组成一个大的网络。这里的子网可以理解为用集线器连接起来的几台计算机，我们将它看作一个单位，成为子网。将子网通过路由器连接起来，就形成了一个网络。在网络中，所有的设备都会被分配一个地址。这个地址就相当于现实中某条路上的“XX号XX室”。其中“号”对应的号码是分配给整个子网的，而“室”对应的号码室分配给子网中的计算机的，这就是网络中的地址。“号”对应的号码称为网络号，“室”对应的号码称为主机号，这个地址的整体称为IP地址。
准确的说，IP地址是连接在Internet中的每一台主机（或路由器）的全球唯一的标识符。实际的IP地址是一串32比特的数字，按照8比特为一组分成4组，分别用十进制标识然后再用原点隔开。但是这样我们就无法区分哪些是网络号，哪些是主机号。为此，我们附加了子网掩码。
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子网掩码为1的部分表示网络号，子网掩码为0的部分表示主机号，如下图所示。

4 什么是Web服务器

Web服务器一般指的是“网站服务器”，也称为WWW(Word Wide Web)服务器，是某种驻留在因特网上的计算机程序，可以向请求终端提供服务，主要功能时存储、处理和传递网页给“客户”，传递内容一般是HTML文档、图像、样式表或脚本等，也可以放置网站文件以供浏览或下载。严格来说Web服务器只负责处理Http协议请求，发送静态页面的内容。

5 HTTP的基本概念

在浏览器解析完URL之后，就会使用HTTP协议访问Web服务器。那么HTTP协议到底是什么？
在这里插入图片描述
HTTP 协议定义了客户端和服务器之间交互的消息内容和步骤，其基本思路非常简单。首先，客户端会向服务器发送请求消息。请求消息中包含的内容是“对什么”和“进行怎样的操作”两个部分。其中相当于“对什么”的部分称为 URI。一般来说，URI 的内容是一个存放网页数据的文件名或者是一个 CGI 程序的文件名，例如“/dir1/file1.html” “/dir1/program1.cgi”等。不过，URI 不仅限于此，也可以直接使用“http:”开头的 URL 来作为 URI。换句话说就是，这里可以写各种访问目标，而这些访问目标统称为 URI。
相当于接下来“进行怎样的操作”的部分称为方法。方法表示需要让Web 服务器完成怎样的工作，其中典型的例子包括读取 URI 表示的数据、将客户端输入的数据发送给 URI 表示的程序等。下表列举了主要的方法，通过这张表大家应该能够理解通过方法可以执行怎样的操作。
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HTTP 消息中还有一些用来表示附加信息的头字段。客户端向 Web 服务器发送数据时，会先发送头字段，然后再发送数据。收到请求消息之后，Web 服务器会对其中的内容进行解析，通过 URI和方法来判断“对什么”“进行怎样的操作”，并根据这些要求来完成自己的工作，然后将结果存放在响应消息中。在响应消息的开头有一个状态码，它用来表示操作的执行结果是成功还是发生了错误。当我们访问 Web 服务器时，遇到找不到的文件就会显示出 404 Not Found 的错误信息，其实这就是状态码。状态码后面就是头字段和网页数据。响应消息会被发送回客户端，客户端收到之后，浏览器会从消息中读出所需的数据并显示在屏幕上。到这里，HTTP 的整个工作就完成了。

6 Socket库概念

Socket库是操作系统提供的一个库，包含的程序组件可以让其他的程序调用操作系统的网络功能。如域名解析器就是库中的一个组件。
当浏览器和 Web 服务器通信时、通过 DNS 服务器查询 IP 地址时，都需要使用 Socket 库中的程序组件。
使用 Socket 库来收发数据的操作过程如下图所示。简单来说，收发数据的两台计算机之间连接了一条数据通道，数据沿着这条通道流动，最终到达目的地。我们可以把数据通道想象成一条管道，将数据从一端送入管道，数据就会到达管道的另一端然后被取出。数据可以从任何一端被送入管道，数据的流动是双向的。不过，这并不是说现实中真的有这么一条管道，只是为了帮助大家理解数据收发操作的全貌。
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7 协议栈

协议栈是指操作系统中的网络控制软件，协议栈的内部结构为：
在这里插入图片描述
图中最上面的部分是网络应用程序，也就是浏览器、电子邮件客户端、Web 服务器、电子邮件服务器等程序，它们会将收发数据等工作委派给下层的部分来完成。当然，除了浏览器之外，其他应用程序在网络上收发数据的操作也都是类似上面这样的，也就是说，尽管不同的应用程序收发的数据内容不同，但收发数据的操作是共通的。
应用程序的下面是 Socket 库，其中包括解析器，解析器用来向 DNS服务器发出查询。再下面就是操作系统内部了，其中包括协议栈。协议栈的上半部分有两块，分别是负责用 TCP 协议收发数据的部分和负责用 UDP 协议收发数据的部分，它们会接受应用程序的委托执行收发数据的操作。
TCP 和UDP是面向传输层的两种协议；像浏览器、邮件等一般的应用程序都是使用 TCP 收发数据的，而像 DNS 查询等收发较短的控制数据的时候则使用 UDP。
总的来说，上层向下层发出指令，下层执行上层指令；应用程序调用Socket库，Socket库调用了协议栈，协议栈又调用了网卡驱动程序，最终将消息发送出去。

8 Socket库收发数据基本步骤

利用socket收发数据的操作分为若干个阶段，可以大致总结为以下 4 个。
1.创建套接字（创建套接字阶段）
2.将管道连接到服务器端的套接字上（连接阶段）
3.收发数据（通信阶段）
4.断开管道并删除套接字（断开阶段）

客户端和服务器之间收发数据操作的情形
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二、基于TCP的网络应用程序

基于TCP(面向连接)的socket编程的服务器端程序流程如下：

创建套接字（socket）
将套接字绑定到一个本地地址和端口上(bind)
将套接字设为监听模式，准备接受客户请求(listen)
等待客户请求到来；当请求到来时，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept)。
用返回的套接字和客户端进行通信(send/recv).
返回，等待另一客户请求。
关闭套接字

基于TCP（面向连接）的socket编程的客户端程序流程如下：

创建套接字（socket）.
向服务器发出连接请求(connect).
和服务器进行通信（send/recv）.
关闭套接字。

服务器端的实现为

// TCPSrv.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//
#include <Winsock2.h>
#include <iostream>
#include <ws2tcpip.h>

//#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main()
{
	WORD wVersionRequested;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);

	err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	if (err != 0) {
		/* Tell the user that we could not find a usable */
		/* WinSock DLL.                                  */
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	/* Confirm that the WinSock DLL supports 2.2.*/
	/* Note that if the DLL supports versions greater    */
	/* than 2.2 in addition to 2.2, it will still return */
	/* 2.2 in wVersion since that is the version we      */
	/* requested.                                        */

	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||
		HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
		/* Tell the user that we could not find a usable */
		/* WinSock DLL.                                  */
		WSACleanup();
		return EXIT_SUCCESS;
	}


	//第一步：创建套接字
	SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	//第二步：将套接字绑定到本地地址和端口上
	SOCKADDR_IN addSrv;
	//使用网络字节序，可以将IP地址指定为INADDR_ANY，允许套接字向任何分配给
	//本地机器的IP地址发送或接受数据。
	//如果我们想让套接字使用多个IP中的一个地址，就必须指定实际地址，这需要用到
	//inet_addr函数来实现
	addSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
	addSrv.sin_family = AF_INET;
	addSrv.sin_port = htons(6000);	
	bind(sockSrv, (SOCKADDR*)&addSrv, sizeof(SOCKADDR));//绑定套接字

	//第三步：将套接字设为监听模式，准备接受客户请求,
	//第二个参数是指等待连接队列的最大长度，比如说此时等待连接队列是5，那么下一个连接请求会被拒绝
	listen(sockSrv, 5);

	SOCKADDR_IN addrClient;
	int len = sizeof(SOCKADDR);
	while (true)
	{
		//第四步：等待客户连接到来
		//accept 函数提取套接字 s 上挂起连接队列上的第一个连接。然后，它会创建一个新的套接字，并将其句柄并将其返回。
		//新创建的套接字是将处理实际连接的套接字;它具有与套接字相同的属性，包括使用 WSAAsyncSelect 或 WSAEventSelect 函数注册的异步事件。
		SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrClient, &len);
		char sendBuf[100];
		sprintf_s(sendBuf, "Welcome %s to http://www.sunxin.org", inet_ntoa(addrClient.sin_addr));

		//第五步：用返回的套接字和客户端通信
		//发送数据，为了让接收端在接受数据以后，可以在该数据字符串之后增加一个“\0”结尾标志
		send(sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0);
		char recvBuf[100];
		//接收数据
		recv(sockConn, recvBuf, 100, 0);

		//打印接受到的数据
		printf("%s\n", recvBuf);
		//第六步：关闭套接字，此时程序进入到下一循环
		closesocket(sockConn);
	}
}

客户端的实现如下

// TCPClient.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//

#include <Winsock2.h>
#include <iostream>
#include <ws2tcpip.h>

#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main()
{
	WORD wVersionRequested;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);

	//加载套接字库
	err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||
		HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
		/* Tell the user that we could not find a usable */
		/* WinSock DLL.                                  */
		WSACleanup();
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	//第一步：创建套接字
	SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	//第二部：向服务器发送连接请求
	SOCKADDR_IN addrSrv;
	//地址127.0.0.1 是本地回路地址。主机环回是指地址为 127.0.0.1 的任何数据包
	//都不应该离开计算机（主机），发送它——而不是被发送到本地网络或互联网，它只是被自己“环回”，
	//并且发送数据包的计算机成为接收者。
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	addrSrv.sin_family = AF_INET;
	addrSrv.sin_port = htons(6000);
	connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

	//第三步：和服务器进行通信
	//接受数据
	char recvBuf[100];
	recv(sockClient, recvBuf, 100, 0);
	printf("%s\n", recvBuf);
	//发送数据
	send(sockClient, "This is lisi", strlen("This is lisi") + 1, 0);

	//第四步：关闭套接字
	closesocket(sockClient);

	//释放资源
	WSACleanup();
	getchar();
}

三、基于UDP的网络应用程序

基于UDP(面向无连接)的socket编程的服务器端程序流程如下：

创建套接字（socket）
将套接字绑定到一个本地地址和端口上(bind)
等待接受数据(recvfrom)
关闭套接字

基于UDP(面向无连接)的socket编程的客户端程序流程如下：

创建套接字（socket）.
向服务器发送数据(sendto).
关闭套接字。

注意，在基于UDP的套接字编程时，利用的是sendto和recvfrom两个函数；而基于TCP的套接字编程时，发送和接受分别使用send和recv函数。
服务器端的程序实现如下：

// UDPSrv.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//

#include <Winsock2.h>
#include <iostream>
#include <ws2tcpip.h>

#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main()
{
	WORD wVersionRequested;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);

	err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||
		HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
		/* Tell the user that we could not find a usable */
		/* WinSock DLL.                                  */
		WSACleanup();
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	//第一步：创建套接字
	SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	//第二步：将套接字绑定到一个本地地址和端口上
	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
	addrSrv.sin_family = AF_INET;
	addrSrv.sin_port = htons(6000);
	bind(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

	//第三步：等待接收数据
	SOCKADDR_IN addrClient;
	int len = sizeof(SOCKADDR);
	char recvBuf[100];
	recvfrom(sockSrv, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR*)&addrClient, &len);
	printf("%s\n", recvBuf);

	//第四步：关闭套接字
	closesocket(sockSrv);

	WSACleanup();
	getchar();
}

客户端的程序实现如下：

// UDPClient.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//

#include <Winsock2.h>
#include <iostream>
#include <ws2tcpip.h>

#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main()
{
	WORD wVersionRequested;
	WSADATA wsaData;
	int err;

	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);

	err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	if (err != 0) {
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||
		HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
		/* Tell the user that we could not find a usable */
		/* WinSock DLL.                                  */
		WSACleanup();
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	//第一步：创建套接字
	SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	SOCKADDR_IN addrSrv;
	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	addrSrv.sin_family = AF_INET;
	addrSrv.sin_port = htons(6000);

	//第二步：向服务器发送数据(sendto)
	sendto(sockClient, "Hell0", strlen("Hello") + 1, 0, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));

	//第三步：关闭套接字
	closesocket(sockClient);

	WSACleanup();
	getchar();
}