Linux 网络基础概念

一、初始协议

1、理解

• 协议是一种约定。（二进制）

举例子：打电话约定电话铃响的次数（响一声是…、响两声是…）

• 不过光是这样是不够的，还需要更加细致的规定。（语言）

举例子：同样是1 + 1 = 2， 在不同的国家之间，因为语言的不同，表达方式可能不同。

定协议的人和实现的人可能是两批人。

2、协议分层

协议本身也是软件，是层状结构。

3、软件分层

分层可以实现解耦合，让软件的成本更低。

4、OSI七层模型

会话层、表示层、应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

5、TCP/IP五层模型

应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

二、再识协议

1、为什么要有TCP/IP协议

本质就是通信主机的距离变远了。

2、什么是TCP/IP协议

TCP（传输层）IP（网络层）

计算机内部都是存在协议的。

TCP/IP是一种解决方案。

TCP/IP协议能分层是因为问题的本身就是分层的。

3、TCP/IP协议与操作系统的关系（宏观上，怎么实现的）

网络协议栈必须相同。

所谓协议， 就是通信双方都认识的结构化的数据类型。

因为协议栈是分层的， 所以， 每层都有双方都有协议， 同层之间， 互相可以认识对方的协议。

三、网络传输基本流程

1、mac地址

唯一标识主机：mac地址。

• mac地址用来标识数据链路层中相连的节点。

• mac地址在网卡出厂的时候就确认了，不能修改，mac地址通常是唯一。

• 在以太网中，任何时刻，只允许一台机器向网络中发送数据。

  如果有多态同时发送，会发生数据干扰，我们成为数据碰撞。

  所有发送数据的主机要继承碰撞检测和碰撞检测。

  在没有交换机的情况下，一个以太网就是一个局域网。

  局域网通信的过程中， 主机对收到的报文确认是否是发给自己的， 是通过目标mac 地址判定。

2、TCP/IP协议通信的过程

• 报文 = 报头 + 有效载荷。—> 栈结构
• 数据在网络中发送的时候，一定最终要在硬件上跑。

网络协议的共性：

1、报头和有效载荷分离的问题 — 解包

2、除了应用层，每一层协议，都必须解决一个问题，自己的有效载荷，应该要交给上层的哪一种协议 — 分用。

3、认识IP地址

• IP地址是在IP协议中，用来标识不同主机的地址。（IPv4，32位，4字节的整数）
• IP地址用点分十进制表示。
• 网络层（就是IP层）向上（包括网络层）看到的所有的报文都是一样的，都至少是IP报文。
• IP可以屏蔽底层网络的差异！
• 所有的网络都是IP网络。

IP地址 vs Mac地址

IP地址是报文的目的地。

Mac地址是报文的途径地。

网络通信的宏观路径

四、Socket编程

1、理解IP和Mac

Mac地址只在局域网内有效，标识局域网中主机的唯一性。

IP在网络中，用来标识主机的唯一性。

数据传输到主机不是目的，而是手段。到达主机内部，再交给主机内的进程才是目的。

传输层协议（TCP、UDP）中源端口、目的端口，描述数据是谁发的，要发给谁。

2、端口号Port

• 端口号是一个2字节，16位的整数。用来表示一个主机内部的唯一进程。
• IP + Port = 网络中唯一的进程！
• 网络通信的本质就是进程间通信。
• 服务端启动的时候，就一定要和一个port关联起来。

进程已经有了唯一标识的Pid，为什么还要用端口号来进行唯一标识进程呢？

为了保证系统和网络进行解耦！当底层pid部分发生更改了，也不影响网络通信。

• 同主机内部：两个进程通信，要看到同一个资源，进程具有独立性。
• 不同主机内部：两个进程通信，看到同一个资源（网络），进程具有独立性。

进程都有pid，但是不是所有的进程都需要网络通信，只有需要网络通信的进程才会有端口号。

3、传输层代表

（1）、认识TCP协议

特点：

• 传输层协议
• 有连接
• 可靠传输
• 面向字节流

（2）、认识UDP协议

特点：

• 传输层协议
• 无连接
• 不可靠传输
• 面向数据报

4、网络字节序

都知道计算机有大小端之分，那如何保证大小端之间的计算机之间能进行正常通信呢？

规定在网络中传输的数据以大端形式发送。

小端存储：小小小（小端存储、低地址、低字节）

大端存储：大大小（大端存储、高地址、低字节）

#include <arpa/inet.h>
// h--->host：本主机
// n--->net：网络
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // 将hostlong的32位无符号整数转化为网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 将netlong的32位无符号整数转化为主机字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 将hostshort的16位无符号整数转化为网络字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 将netshort的16位无符号整数转化为主机字节序

5、socket编程接口

（1）Udp

创建套接字socket

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

绑定端口bind

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
// 返回值：成功返回0， 失败返回-1，设置errno
---------------------------------------------
#include <netinet/in.h>struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; // 地址族，通常是 AF_INETuint16_t       sin_port;   // 端口号struct in_addr sin_addr;   // IP 地址
};struct in_addr {uint32_t s_addr; // IP 地址
};// 填充sockaddr
struct sockaddr_in local;
memset(&local, 0, sizeof(local));//先置空
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htos(_localport);
//local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_localip.c_str())// 需要4字节IP，需要网络序列的IP，不建议
inet_pton(AF_INET, _localip.c_str(), &local.in_addr); // 建议
// 将字符串IP地址转化为网络字节序
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
// 将网络字节序IP地址转化成字符串
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

接收消息recvfrom

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

发送消息sendto

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

（2）Tcp

socket，bind和Udp同理。

开始监听 socket (TCP, 服务器)listen

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int socket, int backlog);
// 这个backlog我设置为8
// 成功返回0，失败返回-1且错误码被设置

接收请求 (TCP, 服务器)accept

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

建立连接 (TCP, 客户端)connet

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

（3）socketaddr结构

为了使用同意一套接口既能实现网络通信又能实现本主机通信，所以设计了一个socketaddr结构体，接口中使用socketaddr，但是传的是struct sockaddr_in、struct sockaddr_un。—这种结构，也就是C语言版的多态。

谢谢大家！