一、前言

 本篇文章会介绍端口号、网络字节序等网络编程中的基本概念，以及udp/tcp套接字编程API。

二、端口号 (port)

1）port、套接字概念

 网络通信的本质不同主机上的两个进程进行间通信，并且两进程会看到同一块资源——网络。并且我们用ip是用于表示互联网中不同主机的地址；端口号(port)这是用于标识一台主机上的不同进程。所以ip + port既可以用于标识互联网中的唯一进程，我们也将ip + port称为套接字！！

2）端口号 vs 进程id

 端口号用于标识同一台主机上进程的唯一性，但进程id作用同样如此。那为啥在网络中不复用进程id知识，而是引入端口号呢？

1. 其一是为了让网络模块和系统模块进行接藕，减低两者间的耦合度！
2. 其二是并不是所有的进程都有通信的需求。而port专用于网络通信！

3）端口号和进程关系

1. 一个进程可以绑定多个端口号，但一个端口号不能被多个进程绑定！

三、认识TCP/Udp协议

 我们先对TCP和UDP有一个大概的认识,在后面再详细讲解它的协议内容。

TCP协议：

• 传输层协议
• 有连接
• 可靠传输
• 面向字节流

UDP协议：

• 传输层协议
• 没有连接
• 不可靠传输
• 面向数据报

1）连接性解释

 tcp在通信前需要先建立连接，也就是大名鼎鼎的3次握手，2次挥手；而UDP通信什么都不用提前做。我们可以将tcp通信比喻成打电话时，我们在通信前需要先获得对方同意，对方同意接你电话；将tcp想象为寄快递，我只需要知道对方地址即可！

2）可靠性解释

 tcp是可靠，Udp不可靠。那生活中我们采用tcp就可以了，为啥需要Udp？

 原因在于tcp的可靠性是有代价的（数据丢包，超时重传、数据粘包等问题需要处理），而udp认为只要将即数据从传输层发给网络层就认为数据发生成功了，所以tcp通信比udp慢。并且可靠、不可靠描述的是两种协议的特点，并没有谁好谁坏。在当前网络环境中，数据丢包的概率极小。
 针对不同的场景，可以选择不同的通信方式。如果对数据可靠性要求高的场景，我们可以采用tcp，比如支付过程。反之采用udp协议，在满足需求的前提下，大大提高通信速度。比如直播，偶尔出现数据丢包，对我们影响不大就可以采用udp协议！

3）面向数据报/字节流解释

 面向数据报是指报文之间是有边界的，应用层交给UDP多长的报文，UDP原样发送，既不拆分也不合并。读端每次只读取一个完整报文！
 面向字节流是指数据向流水一样，是没有明显边界的。对于读端，读端并不关系写端写了多少次，读到的数据是否完整，而是尽可能将数据全部读取上来交给上层！

四、网络字节序

 内存中的多字节数据相对于内存地址有大端和小端之分。这也意味着数据从A主机经网络发给B主机，B主机收到的数据可能是反的。所以网络规定，所有发送到网络中的数据必须是大端！！先发出的数据是低地址,后发出的数据是高地址。

 但人为大小端数据转换非常复杂，所以系统也提高了一系列转换接口：

五、struct sockaddr类型介绍

 网络通信时，socket有很多类型，主要有如下3种：

1. 域间套接字Unix socket：主要用于本主机内部通信。域间套接字通过套接字文件来进行通信，进程可以通过打开这个文件来进行读写操作，从而实现通信。
2. 网络socket：通过ip + port来进行网络通信。
3. 原始socket：原始套接字绕过传输层，直接通过网络层进行通信。主要用于编写一些网络工具。

 网络中套接字种类很多，理论而言，我们要为每一种套接字设计对应的一套接口。但这无疑加重程序员的负担，为了统一所有套接字API，网络通用地址类型struct sockaddr类型诞生！！

六、TCP 通信API

1）socket()解释

 socket()打开一个网络通讯端口,如果成功的话,就像open()一样返回一个文件描述符。应用程序可以像读写文件一样用read/write在网络上收发数据。如果socket()调用出错则返回-1。
 
 domain(协议家族)：即socket()函数采用的网络协议种类，在网络通信中一般选择AF_INET
 type(套接字类型)：对于tcp而言，面向字节流，选择SOCK_STREAM
 protocol(协议)：通常前面两个参数就明确的通信协议种类，所以一般填0

2) bind()解释

 bind 函数用于将一个套接字（socket）与特定的IP地址和端口号关联起来。（将参数sockfd和myaddr绑定在一起, 使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听myaddr所描述的地址和端口号）

1. 对于服务端ip和port是固定的，但我们一般只绑定port，而ip选择任意地址。原因在于一台机器上可能存在多张网卡，即一台主机从多个ip（网卡）读取数据都应该交给上层指定端口(port)   但对于客户端而言，虽然也需要绑定ip+port，但不需要显示绑定。原因在于客户端程序很多，如果直接由用户显示绑定，可能会导致某些时刻端口号冲突，导致一些程序无法正常启动！所以客户端在首次发送信息时，OS会自动绑定。
2. bind调用时，如果短时间内重复调用会失败，这和tcp断开连接时会进入TIME_WAIT状态有关。我们只需要通过地址复用即可，具体做法如下：
   int opt = 1; setsockopt(_listensockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR| SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt)); // 地址复用

2.1 setsockopt()函数

int setsockopt(int sockfd, int level, int option_name, const void *option_value, socklen_t option_len);

• socockfd：要设置选项的套接字描述符。
• level：指定了选项所在的协议层级。套接字层选SOL_SOCKET。
• option_name：设置的选项的名称。主要有两选项：SO_REUSEADDR允许地址和端口的复用；SO_REUSEPORT与 SO_REUSEADDR 类似，但提供了更细粒度的控制。
• option_value需要设置的选项值。
• option_len：option_value指针指向的变量长度。

2.2 服务端struct sockaddr结构体填充样式

3）listen()解释

 tcp在通信前需要先建立连接，但服务端如何得知客户端发起了请求开始建立连接呢？所以我们需要通过listen()函数将套接字设置为监听状态！！
 
 listen()声明sockfd处于监听状态, 并且最多允许有backlog个客户端处于连接等待状态, 如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0,失败返回-1;

4)accept()解释

 三次握手完成后, 服务器调用accept()接受连接，并返回一个新的文件描述符！ 如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求,就阻塞等待直到有客户端连接上来。   addr是一个传出参数,accept()返回时传出客户端的地址和端口号;如果给addr 参数传NULL,表示不关心客户端的地址。

如何理解返回一个新的文件描述符：

 通过listen()将套接字设置为监听状态，我们可以帮监听套接字理解为饭店外进行拉客的工作人员！他的工作只是将客人拉到字节饭店即可，并不真正提高服务；而是重新叫一名服务员进行招待后，出去重新拉客。
 所以监听套接字就好比拉客的工作人员，他只是用于监听等待客户端发起连接。  而返回的新的文件描述符才是真正和客户端进行交互的。后续可客户端和服务端进行网络通信，都是通过新的文件描述符来进行！！

5）connect()解释

 客户端需要调用connect()连接服务器;connect和bind的参数形式一致, 区别在于bind的参数是自己的地址, 而connect的参数是对方的地址;！！
 connect()成功返回0,出错返回-1。

6）tcp读写

 tcp客户端和服务端通信和文件一样，通过read、write进行！

7）Udp通信API

 UDp只需要将建socket文件文件描述符（本质是创建文件细节，将网卡文件打开），然后绑定ip+port即可通信。

 UDP通信消息收发通过recvfrom、sendto完成！