蒋豆芽

2021-08-23 23:43 已编辑五邑大学 C++

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计算机网络的那些事儿-3

C++软件与嵌入式软件面经解析大全（蒋豆芽的秋招打怪之旅）

本章讲解知识点

1.1 什么是计算机网络
1.2 计算机网络的组成
1.3 分组交换
1.4 计算机网络的类别及性能指标
1.5 计算机网络的结构体系
1.6 TCP/IP四层模型及常见协议
1.7 TCP和UDP的区别
1.8 TCP三次握手与四次挥手
1.9 TCP可靠机制
1.10 socket网络编程
1.11 TCP粘包
1.12 HTTP协议
1.13 GET和POST
1.14 HTTP的特点
1.15 HTTP1.0、HTTP1.1、HTTP2.0的区别
1.16 HTTPS协议

受众：本教程适合于C/C++已经入门的学生或人士，有一定的编程基础。

本教程适合于互联网、嵌入式软件求职的学生或人士。

故事背景

蒋豆芽：小名豆芽，芳龄十八，蜀中人氏。卑微小硕一枚，科研领域苟延残喘，研究的是如何炒好一盘豆芽。与大多数人一样，学习道路永无止境，间歇性踌躇满志，持续性混吃等死。会点编程，对了，是面对对象的那种。不知不觉研二到找工作的时候了，同时还在忙论文，豆芽都秃了，不过豆芽也没头发啊。

隔壁老李：大名老李，蒋豆芽的好朋友，技术高手，代码女神。给了蒋豆芽不少的人生指导意见。

导师：蒋豆芽的老板，研究的课题是每天对豆芽嘘寒问暖。

故事引入

“吁吁吁吁”。。。

本来豆芽在好好复习面经，一阵短信铃声惊醒了豆芽。豆芽心想，嗯哼？难道又是感谢信来了？怀着忐忑不安的情绪，豆芽点开了短信，瞬间豆芽就石化了。

亲爱的豆芽：

您好，

恭喜您已经完成京西2021校园招聘的所有面试流程，目前正在给您进行offer审批，如审批通过，会给您发送正式校招offer；如审批不通过，会给您发送拒信。

如有任何问题您可发邮件咨询，坚信您对京西的每一次关注，都将促进我们更快相遇~

始终关注你的

Tony老师

燃 | 京西校招

Email：campus@jx.com

京西来消息了啊！！！豆芽想去的京西公司，梦寐以求的大公司，豆芽高兴地跳起来了！！！豆芽简直难以平复自己激动的心情。。。

蒋豆芽：（傻笑）上海，嘿嘿嘿，年薪三十万，嘿嘿嘿，朝九晚五，嘿嘿嘿。。。

隔壁老李：（疑惑）豆芽，豆芽，豆芽，你怎么了？

蒋豆芽：（傻笑）大公司，嘿嘿嘿，京西，嘿嘿嘿。。。

隔壁老李：（叹气）完了，秋招又疯一个。

蒋豆芽：（擦擦口水）诶，老李，你怎么在旁边？

隔壁老李：怎么了，豆芽，是有什么好事情吗？

京西嘛，来消息了，阿巴阿巴阿巴。。。。。。

隔壁老李：原来是这样啊，恭喜恭喜啊。但是也不能高兴太早啊。我看看短信结尾：始终关注你的Tony老师？？？

蒋豆芽：怎么是Tony老师啊？不管了，反正是我想去的大公司。

隔壁老李：京西嘛，不好说，能不能拿到正式offer真的是个未知数，从历年数据来看，京西的池子太深了，可不敢赌啊。

蒋豆芽：啊！？？这样的吗？

隔壁老李：是啊，特别是今年疫情影响，不到最后签三方，还真不好说啊。不过也不要紧，还要继续准备其他公司，命里有时终须有，命里无时莫强求。

蒋豆芽：（噘嘴）哼，我偏要勉强！害，好难啊，我还以为我可以结束秋招了。

隔壁老李：万里长征才刚开始呢！豆芽，你还要继续加油啊！

蒋豆芽：没问题，老李！对了，老李，上一节学了TCP/IP模型，这次你给我讲讲怎么应用吧。

1.10 socket网络编程

隔壁老李：好，没问题，网络编程是面试官喜欢考的内容。赶紧上车，我们继续新旅程！

隔壁老李：首先我们先明确一个问题，网络中进程之间如何通信？首要解决的问题是如何唯一标识一个进程，否则通信无从谈起。

在本地可以通过进程 PID 来唯一标识一个进程，但是在网络中这是行不通的，因为每个主机都有各自的进程PID，就不唯一了。而TCP/IP 协议族解决了这个问题，在同一局域网下，网络层的 IP 地址可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议＋端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（Ip 地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其他进程进行交互。

隔壁老李：我们之前讲进程通信时提到过，socket可以实现不同主机之间的通信。socket是一种特殊的文件。在Linux中，“一切皆文件”，都可以用“打开（open）——读写（write/read）——关闭（close）”的模式来操作。socket就是改模式的一个实现，并提供了一系列对应的函数接口。

隔壁老李：我们以TCP为例，下图展示了其交互的过程：

图中展示的交互流程，具体如下所述：

（1）服务器根据地址类型（ ipv4, ipv6 ）、 socket 类型、协议创建 socket。

（2）服务器为 socket 绑定 IP 地址和端口号。

（3）服务器 socket 监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接，这时候服务器的socket 并没有被打开。

（4）客户端创建 socket。

（5）客户端打开 socket，根据服务器 IP 地址和端口号试图连接服务器 socket。

（6）服务器 socket 接收到客户端 socket 请求，被动打开，开始接收客户端请求，直到客户端返回连接信息。这时候 socket 进入阻塞状态，所谓阻塞即accept（）方法一直到客户端返回连接信息后才返回，开始接收下一个客户端连接请求。

（7）客户端连接成功，向服务器发送连接状态信息。

（8）服务器 accept 方法返回，连接成功。

（9）客户端向 socket 写入信息。

（10）服务器读取信息。

（11）客户端关闭。

（12）服务器端关闭。

仔细一看，服务器 socket 和客户端 socket 建立连接的部分其实就是 3 次握手。

蒋豆芽：原来是这样！

隔壁老李：下面我们来介绍基本的接口函数：

socket函数：socket 函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket() 用于创建一个 socket 描述符（ socket descriptor），它唯一标识一个 socket。这个 socket 描述符跟文件描述符一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

原型如下：
```
int socket(int domain, int type, int protocol);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）domain ：即协议域，又称为协议族（ family ）。常用的协议族有： AF_INET、 AF_INET6 、 AF_LOCAL （或称 AF_UNIX, Unix 域 socket ）、AF_ROUTE 等。 协议族决定了 socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如 AF_INET 决定了要用 ipv4 地址 （32位）与端口号（16位）的组合 、 AF_UNIX 决定了要用一个绝对路径名作为地址 。
（2）type ：指定 socket 类型。常用的 socket 类型有： SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET 、 SOCK_SEQPACKET等 。其中，SOCK_STREAM 表示提供面向连接的稳定数据传输，即 TCP 协议。 SOCK_DGRAM 表示使用不连续、不可靠的数据包连接。
（3）protocol ：指定协议。 常用的协议有， IPPROTO_TCP, IPPTOTO_UDP, IPPROTO_SCTP、 IPPROTO_TIPC 等，它们分别对应 TCP 传输协议、UDP 传输协议、STCP 传输协议 、TIPC 传输协议。

 返回值：成功返回一个非负套接字，失败返回-1
**************************************************************************************************************************************/
```
当调用 socket 创建一个 socket 时，返回的 socket 描述符它存在于协议族（ address family, AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋予一个地址，就必须调用 bind（）函数，否则系统就在调用 connect（）、 listen（）时自动随机分配一个端口。

如果调用成功就返回新创建的套接字的描述符，如果失败就返回 INVALID_SOCET(Linux 下失败返回－1）。套接字描述符是一个整数类型的值。每个进程的进程空间里都有一个套接字描述符表，该表中存放着套接字描述符和套接字数据结构的对应关系。该表中有一个字段存放新创建的套接字的描述符，另一个字段存放套接字数据结构的地址，因此根据套接字描述符就可以找到其对应的套接字数据结构。每个进程在自己的进程空间里都有一个套接字描述符表，但是套接字数据结构都存放在操作系统的内核缓冲里。

bind函数： bind（）函数把一个地址族中的特定地址绑定给 socket。

原型如下：

int  bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）sockfd ：即 socket 描述字，它是通过 socket（）函数创建来唯一标识一个 socket 的 。bind（）函数就是将给这个描述字绑定一个名字 。
（2）addr ： 一个 const struct sockaddr* 指针，指向要绑定给 sockfd 的协议地址。 这个地址结构根据地址创建 socket 时的地址协议族的不同而不同。
（3）addrlen ：对应的是地址的长度。

返回值：成功返回0，出错返回-1
**************************************************************************************************************************************/

listen和connect函数

如果作为一个服务器，在调用 socket（）、 bind（）之后就会调用 listen（）来监听这个 socket，如果客户端这时调用 connect（）发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。 listen 和connect 的函数原型是：

int  listen(int sockfd, int backlog);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）sockfd ：要连接的 socket 描述字
（2）backlog ： 相应 socket 可以排队的最大连接个数

返回值：成功返回0，出错返回-1
**************************************************************************************************************************************/

int  connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）sockfd ：要监听的 socket 描述字
（2）servaddr ：服务器的 socket 地址
（3）addrlen ：socket 地址的长度

返回值：成功返回0，出错返回-1
**************************************************************************************************************************************/

accept函数

TCP 服务器端依次调用 socket（）、 bind （）、 listen （）之后，就会监听指定的 socket 地址了。 TCP 客户端依次调用 socket（）、 connect（）之后就会向 TCP 服务器发送了一个连接请求。TCP 服务器监听到这个请求之后，就会调用 accept（）函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络 I/O 操作了，即类同于普通文件的读写 I/O 操作。

函数原型如下：

int  accept(int sockfd, const struct sockaddr *cliaddr, socklen_t addrlen);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）sockfd ：要监听的 socket 描述字
（2）cliaddr ：客户端的 socket 地址
（3）addrlen ：socket 地址的长度

返回值：成功返回0，出错返回-1
**************************************************************************************************************************************/

read和write函数

至此服务器与客户已经建立好连接了，可以调用网络 I/O 进行读写操作了，即实现了网络中不同进程之间的通信。网络 I/O 操作有下面几组：

read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()

最常用的则是 read（）和 write（）。 read（）的函数原型是：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）fd ：文件描述字
（2）buf ：缓冲区
（3）count ：缓冲的长度

返回值：成功时返回读的字节数，出错返回-1
**************************************************************************************************************************************/

write（）的函数原型是：

ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count);

//参数
/**************************************************************************************************************************************
（1）fd ：文件描述字
（2）buf ：缓冲区
（3）count ：缓冲的长度

返回值：成功时返回写的字节数，出错返回-1
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