【C++网络编程】第1篇：网络编程基础概念

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一、网络模型核心：OSI与TCP/IP

1. OSI七层模型

• 分层结构：物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层 → 会话层 → 表示层 → 应用层
• ​核心作用：标准化网络通信流程，各层独立工作（如传输层负责端到端连接，网络层处理IP寻址）。

2. TCP/IP四层模型

​实际应用模型：

应用层（HTTP/FTP）  
↓  
传输层（TCP/UDP）  
↓  
网络层（IP/ICMP）  
↓  
网络接口层（以太网/Wi-Fi）  

• ​与OSI对比：TCP/IP更贴近实际协议（如HTTP基于TCP，DNS基于UDP）。

二、Socket编程基础

1. 什么是Socket？

定义：操作系统提供的网络通信接口，可视为“网络文件描述符”。
​通信要素：

• ​IP地址：标识设备（IPv4如192.168.1.1，IPv6如2001:db8::1）。
• 端口号：标识应用程序（0-65535，其中0-1023为系统保留）。
• 协议类型：TCP（可靠连接）或 UDP（无连接）。

2. Socket通信流程（TCP）

• 服务器端：

socket() → bind() → listen() → accept() → recv()/send() → close()

• ​客户端：

socket() → connect() → send()/recv() → close()

三、Winsock库入门

1. 初始化与清理

• WSAStartup()：初始化Winsock库，必须调用。
• ​WSACleanup()：清理资源，程序退出前调用。
• 代码示例：

#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  // 自动链接Winsock库

int main() {
    // 1. 初始化Winsock
    WSADATA wsaData;
    int result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    if (result != 0) {
        std::cerr << "WSAStartup failed: " << result << std::endl;
        return 1;
    }

    // 2. 检查版本号
    if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
        std::cerr << "Winsock 2.2 not supported!" << std::endl;
        WSACleanup();
        return 1;
    }

    std::cout << "Winsock initialized successfully!" << std::endl;

    // 3. 清理Winsock
    WSACleanup();
    return 0;
}

2. 关键数据结构

• ​sockaddr_in：存储IPv4地址和端口。

struct sockaddr_in {
    short          sin_family;  // 地址族（AF_INET）
    u_short        sin_port;    // 端口号（网络字节序）
    struct in_addr sin_addr;    // IP地址
    char           sin_zero[8]; // 填充
};

• ​in_addr：32位IPv4地址。

struct in_addr {
    union {
        struct { u_char s_b1, s_b2, s_b3, s_b4; } S_un_b;
        struct { u_short s_w1, s_w2; } S_un_w;
        u_long S_addr;  // 常用（如inet_addr("127.0.0.1")）
    } S_un;
};

四、实战：解析IP与端口

#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h> 
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  // 自动链接Winsock库

#include <ctype.h>
#include <limits.h>


int main() {
    // 1. 初始化Winsock
    WSADATA wsaData;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
        std::cerr << "WSAStartup failed!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 2. 创建Socket
    SOCKET serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (serverSocket == INVALID_SOCKET) {
        std::cerr << "Socket creation failed: " << WSAGetLastError() << std::endl;
        WSACleanup();
        return 1;
    }

    // 3. 绑定地址和端口
    sockaddr_in serverAddr;
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1", &(serverAddr.sin_addr.s_addr));  // 本地回环地址
    serverAddr.sin_port = htons(8080);                    // 监听8080端口

    if (bind(serverSocket, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {
        std::cerr << "Bind failed: " << WSAGetLastError() << std::endl;
        closesocket(serverSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }

    // 4. 开始监听
    if (listen(serverSocket, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR) {
        std::cerr << "Listen failed: " << WSAGetLastError() << std::endl;
        closesocket(serverSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }

    std::cout << "Server started. Listening on 127.0.0.1:8080..." << std::endl;
    
    // 5. 清理资源
    closesocket(serverSocket);
    WSACleanup();
    return 0;
}

五、常见错误与调试

1. 错误码获取

• WSAGetLastError()：获取最后一次Winsock错误。

    // 接受客户端连接
    sockaddr_in clientAddr;
    int clientAddrLen = sizeof(clientAddr);
    SOCKET clientSocket = accept(serverSocket, (sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrLen);
    if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {
        std::cerr << "Accept failed: " << WSAGetLastError() << std::endl;
        closesocket(serverSocket);
        WSACleanup();
        return 1;
    }

2. 典型错误码