Socket网络编程C++

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应用层传输协议：
FTP
FTP(File Transport Protocol，文件传输协议)是网络上两台计算机传送文件的协议，运行在TCP之上，是通过Internet将文件从一台计算机传输到另一台计算机的一种途径。FTP在客户机和服务器之间需要建立两条TCP连接，一条用于传送控制信息（使用21端口），另一条用于传输文件内容（使用20号端口）。
TFTP
TFTP(Trivial File Transfer Protocol，简单文件传输协议)是用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议，提供不复杂、开销不大的文件传输服务。TFTP建立在UDP之上，提供不可靠的数据流传输服务，不提供存取授权与认证机制，使用超时重传方式来保证数据的到达。
FTP和TFTP记忆区别，两者都是文件传输协议。FTP是文件传输协议，是基于TCP之上，比较复杂；TFTP是建立在UDP上，比较简单。
HTTP
HTTP(Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议)是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。HTTP建立在TCP之上。
HTTPS
是以安全为目标的HTTP通道，HTTP版本的安全版，即HTTP加入SSL层，HTTPS的安全基础为SSL。HTTPS建立在TCP之上。
SMTP
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议)建立在TCP之上，是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议。SMTP是建立在FTP文件传输服务上的一种邮件服务。
DHCP
DHCP(Dynamic Host Configuration，动态主机配置协议)建立在UDP之上，基于客户机/服务器模型设计的。DHCP分配的IP地址可以分为三种方式，分别是固定分配、动态分配和自动分配。
Telnet
Telnet(远程登录协议)是登录和仿真程序，建立在TCP之上，它的基本功能是允许用户登录进入远程计算机系统。
DNS
DNS(Domain Name System，域名系统)在Internet上域名与IP地址之间是一一对应的，域名虽然便于人们记忆，但机器之间只能互相认识IP地址，它们之间的转换工作称为域名解析，域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成，DNS就是进行域名解析的服务器，建立在UDP上。
SNMP
SNMP(Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议)是为了解决Internet上的路由器管理问题而提出的，它可以在IP、IPX、AppleTalk和其他传输协议上使用。SNMP建立在UDP之上
POP3
邮局协议的第三个版本，将个人计算机连接到Internet的邮件服务器上下载电子邮件的协议。POP建立在TCP上。

UDP应层层的协议有：DNS,TFTP,DHCP,SNMP,NFS
TCP应用层的协议有：SMTP,TELNET,HTTP,FTP

HTTP和HTTPS区别：
http：超文本传输协议，是用于从万维网（www）服务器传输超本文到本地浏览器的协议。http://是一个基础的网络协议，www加上域名一般是指网站的主站；与之对应的比如mail。qq。com是邮箱的登录网站，qq。com是顶级域名，mail。qq。com这些就是二级域名，以此类推。但不论是几级域名，在域名的前面肯定会有http://（或者https://）。www是二级域名的前缀，建立在TCP之上。
http是一个基于TCP/IP通讯协议来传输数据（HTML文件，图片文件，查询结果等）http工作于客户端和服务端的架构之上。浏览器作为http客户端通过URL向http服务端即web服务器发送所有请求。Web服务器根据接收到的请求向客户端发送响应信息。http默认端口号为80.
Http：①无连接的：响应一次断开一次
②媒体独立：只需要客户端和服务器知道如何处理数据内容，任何数据类型都可通过http发送，客户端和服务器指定使用适合的MIME-type（媒体类型）
③HTTP是无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

传输层传输协议：
TCP和UPD的区别：
TCP的优点:可靠，稳定TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。
TCP的缺点:慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间,而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。
UDP的优点:快，比TCP稍安全UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如:UDP Flood攻击…
UDP的缺点:不可靠，不稳定因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。基于上面的优缺点，那么:什么时候应该使用TCP:当对网络通讯质量有要求的时候，比如:整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下:浏览器，用的HTTP
FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输…什么时候应该使用UDP:当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下:QQ语音QQ视频TFTPР…
小结TCP与UDP的区别：
1.基于连接与无连接；
2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
3.UDP程序结构较简单；
4.流模式与数据报模式 ；
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

TCP与UDP区别总结：
1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
3、TCP面向字节流（STREAM），实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文（STR_DGRAM）。UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）。
4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节。
6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道。
TCP与UDP基本区别
1.基于连接与无连接
2.TCP要求系统资源较多，UDP较少；
3.UDP程序结构较简单
4.流模式（TCP）与数据报模式(UDP);
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包
6.TCP保证数据顺序，UDP不保证。
UDP应用场景：
1.面向数据报方式
2.网络数据大多为短消息
3.拥有大量Client
4.对数据安全性无特殊要求
5.网络负担非常重，但对响应速度要求高
具体编程时的区别
1.socket()的参数不同
2.UDP Server不需要调用listen和accept
3.UDP收发数据用sendto/recvfrom函数
4.TCP：地址信息在connect/accept时确定
5.UDP：在sendto/recvfrom函数中每次均 需指定地址信息
6.UDP：shutdown函数无效
编程区别：
通常我们在说到网络编程时默认是指TCP编程，即用前面提到的socket函数创建一个socket用于TCP通讯，函数参数我们通常填为SOCK_STREAM。即socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)，这表示建立一个socket用于流式网络通讯。
　 SOCK_STREAM这种的特点是面向连接的，即每次收发数据之前必须通过connect建立连接，也是双向的，即任何一方都可以收发数据，协议本身提供了一些保障机制保证它是可靠的、有序的，即每个包按照发送的顺序到达接收方。
　　而SOCK_DGRAM这种是User Datagram Protocol协议的网络通讯，它是无连接的，不可靠的，因为通讯双方发送数据后不知道对方是否已经收到数据，是否正常收到数据。任何一方建立一个socket以后就可以用sendto发送数据，也可以用recvfrom接收数据。根本不关心对方是否存在，是否发送了数据。它的特点是通讯速度比较快。大家都知道TCP是要经过三次握手的，而UDP没有。
基于上述不同，UDP和TCP编程步骤也有些不同，如下：
TCP:
TCP编程的服务器端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt(); * 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、开启监听，用函数listen()；
　　5、接收客户端上来的连接，用函数accept()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；
　　8、关闭监听；
TCP编程的客户端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选
　　4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性；
　　5、连接服务器，用函数connect()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；
UDP:
与之对应的UDP编程步骤要简单许多，分别如下：
UDP编程的服务器端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、循环接收数据，用函数recvfrom();
　　5、关闭网络连接；
UDP编程的客户端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选
　　4、设置对方的IP地址和端口等属性;
　　5、发送数据，用函数sendto();
　　6、关闭网络连接；
TCP和UDP是OSI模型中的运输层中的协议。TCP提供可靠的通信传输，而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。
UDP补充：
UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立刻按照原样发送到网络上的一种机制。即使是出现网络拥堵的情况下，UDP也无法进行流量控制等避免网络拥塞的行为。此外，传输途中如果出现了丢包，UDO也不负责重发。甚至当出现包的到达顺序乱掉时也没有纠正的功能。如果需要这些细节控制，那么不得不交给由采用UDO的应用程序去处理。换句话说，UDP将部分控制转移到应用程序去处理，自己却只提供作为传输层协议的最基本功能。UDP有点类似于用户说什么听什么的机制，但是需要用户充分考虑好上层协议类型并制作相应的应用程序。
TCP补充：
TCP充分实现了数据传输时各种控制功能，可以进行丢包的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。而这些在UDP中都没有。此外，TCP作为一种面向有连接的协议，只有在确认通信对端存在时才会发送数据，从而可以控制通信流量的浪费。TCP通过检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。

1.主机到网络层：
TCP/IP模型并没有描述这一层的实现，但是要求为网络互连层提供一个访问接口，用来在上面传递IP分组。
2.网络互连层
主要功能：
（1） 将IP分组发送给目标网络或主机。 为了尽快发送分组，可能需要沿着不同路径
同时进行传递，所以分组发送和到达的顺序可能不同，所以需要上层传输层必须对分组进 行排序。
（2）可以将不同类型的网络互连
（3）拥塞控制
定义了分组格式和协议，即IP协议，网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。
3.传输层
功能：使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。
包含协议：TCP（传输控制协议）、 UDP（用户数据包协议）
TCP协议：
 面向连接、可靠的协议，将一台主机发出的字节流无差错的发往其他主机。
 发送端的处理过程：把上层传下来的字节流分成报文段并传递给下层。
 接收端的处理过程：把收到的报文重组后递交给上层。
 处理端到端的流量控制，避免出现接收方没有足够的缓存区接收发送方发送的大量数据。
UDP协议：
 无连接、不可靠的协议，主要适用于不需要对报文排序和流量控制的场合。
4.应用层
包含所有高层协议，虚拟终端协议Telnet(远程登录）、文件传输协议FTP、电子邮件协议SMTP、域名系统服务DNS、网络新闻传输协议NNTP，超文本传输协议HTTP等。

三次握手四次挥手：


TCP三次握手：

1. TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
2. TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。
3. TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。
4. TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。
5. 当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。

为什么TCP客户端最后还要发送一次确认呢？
一句话，主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。
如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。
如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。
TCP连接的释放（四次挥手）

1. 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2. 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3. 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4. 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗ *∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

为什么客户端最后还要等待2MSL？
MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允许不同的实现可以设置不同的MSL值。
第一，保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。

第二，防止类似与“三次握手”中提到了的“已经失效的连接请求报文段”出现在本连接中。客户端发送完最后一个确认报文后，在这个2MSL时间中，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

为什么建立连接是三次握手，关闭连接确是四次挥手呢？
建立连接的时候， 服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。
而关闭连接时，服务器收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次。
如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

MAC全球范围内唯一，标识一个网络设备，MAC地址是物理地址，不可以改变的的，相当于建筑物地址；
在网络世界中必须同时借助IP地址和对应的MAC地址，才可以唯一的确定一个通信设备，为了能够获得一个IP地址所对应的MAC地址需要ARP（address resolution protocol）地址解析协议，基于一个ip地址解析出其对应的MAC地址，实现数据的完整封装。

整理自这些网页：
https://blog.csdn.net/JHC23/article/details/98055883
https://blog.csdn.net/qq_38291480/article/details/107458246
https://www.cxyzjd.com/article/freee12/114411950
https://cizixs.com/2015/03/29/basic-socket-programming/
https://www.codenong.com/cs109191843/
https://zhuanlan.zhihu.com/p/24860273
https://segmentfault.com/a/1190000040349162
http://www.jiangmen.gov.cn/bmpd/jmszwfwsjglj/ztzl/wlxxaq/xxjs/content/post_1768610.html
https://www.cnblogs.com/zzh520521/p/15340032.html
https://blog.csdn.net/waisock2017/article/details/78535525
https://hit-alibaba.github.io/interview/basic/network/Socket-Programming-Basic.html
https://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html
https://blog.csdn.net/qq_39521554/article/details/79894501
https://zhuanlan.zhihu.com/p/30595400
https://blog.csdn.net/qzcsu/article/details/72861891
https://blog.csdn.net/xc_tsao/article/details/44123331
https://www.cnblogs.com/wuyepeng/p/9745573.html
https://www.cnblogs.com/renyuan/p/5100184.html
https://blog.mimvp.com/article/24679.html
https://www.ibm.com/docs/en/i/7.3?topic=6-comparison-ipv4-ipv6
https://www.cnblogs.com/gdayq/p/5797645.html
https://blog.csdn.net/hansionz/article/details/86562339
https://www.cnblogs.com/straight/articles/7660889.html