网络基础知识

网络分层

• 每一层实现不同的功能，对上层的数据做透明传输
• 每一层向上层提供服务，同时使用下层提供的服务

各层典型的协议：

1. 网络接口与物理层：
   • MAC地址： 48位全球唯一，网络设备的身份标识
   • ARP/RARP:
     • ARP: IP地址——->MAC地址
     • RARP: MAC地址—->IP地址
   • PPP协议： 拨号协议（GPRS/3G/4G）
2. 网络层：
   • IP: Internet protocol(分为IPV4和IPV6)
   • ICMP: Internet控制管理协议，ping命令属于ICMP
   • IGMP: Internet分组管理协议，广播、组播
3. 传输层：
   • TCP: (Transfer Control protocol，传输控制协议) 提供面向连接的，一对一的可靠数据传输的协议
     即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信
   • UDP: (user Datagram Protocol， 用户数据报协议)： 提供不可靠，无连接的尽力传输协议
     是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输
   • SCTP： 是可靠传输，是TCP的增强版，它能实现多主机、多链路的通信
4. 应用层：
   • 网页访问协议：HTTP/HTTPS
   • 邮件发送接收协议： POP3（收）/SMTP(发) 、IMAP（可接收邮件的一部分)
   • FTP
   • Telnet/SSH: 远程登录
   • NTP: 网络时钟协议
   • SNMP: 简单网络管理协议（实现对网络设备集中式管理）
   • RTP/RTSP：用传输音视频的协议（安防监控）

下图为TCP/IP协议通信模型

网络的封包和拆包

网络编程基础知识

SOCKET

1. socket是一个应用编程的接口，它是一种特殊的文件描述符（对它执行IO的操作函数，比如,read(),write(),close()等操作函数）{% p red::注意没有open函数%}
2. socket代表着网络编程的一种资源
3. socket的类型：

IP

1. IP地址分为IPV4和IPV6
   • IPV4:采用32位的整数来表示
   • IPV6：采用了128位整数来表示
2. IPV4地址：
   • 点分形式： 192.168.7.246
   • 32位整数（4字节）
3. 特殊IP地址:
   • 局域网IP: 192.XXX.XXX.XXX 10.XXX.XXX.XXX
   • 广播IP: xxx.xxx.xxx.255, 255.255.255.255(全网广播)
   • 组播IP: 224.XXX.XXX.XXX~239.xxx.xxx.xxx

端口

端口号一般由IANA (Internet Assigned Numbers Authority) 管理

端口号是一个16位的数字（1-65535）

• 众所周知端口： 1~1023（FTP: 21，SSH： 22， HTTP:80， HTTPS:469）
• 保留端口： 1024-5000（不建议使用）
• 可以使用的：5000~65535

TCP端口和UDP端口是相互独立的，网络里面的通信是由 IP地址+端口号 来决定

字节序

字节序是指不同的CPU访问内存中的多字节数据时候，存在大小端问题。

大端模式，是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中，这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放；

小端模式，是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致。

一般来说：

• X86/ARM： 小端
• powerpc/mips, ARM作为路由器时，大端模式
• 网络传输的时候采用大端模式

主机字节序与网络字节序转化：

ip地址转化

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

特点：

1. 仅适应于IPV4
2. 此函数不能用于255.255.255.255的转换

参数：

1. cp: 点分形式的IP地址，结果是32位整数（内部包含了字节序的转换，默认是网络字节序的模式）

返回值：

1. 成功：返回转化后的IP地址
2. 失败：返回-1

inet_pton()
inet_ntop()

特点：

1. 适应于IPV4和IPV6
2. 能正确的处理255.255.255.255的转换问题

参数：

1. af: 地址协议族（AF_INET或AF_INET6）
2. src:是一个指针（填写点分形式的IP地址[主要指IPV4]）
3. dst: 转换的结果给到dst

返回值：

1. 成功：返回1
2. 失败：如果src的格式错误，则返回0
3. 失败：如果af格式错误，则返回-1

TCP编程API

socket()函数

参数：

1. domain:
   • AF_INET IPv4 Internet protocols
   • AF_INET6 IPv6 Internet protocols
   • AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication
   • AF_NETLINK Kernel user interface device
   • AF_PACKET Low level packet interface
2. type
   • SOCK_STREAM 流式套接字 唯一对应于TCP
   • SOCK_DGRAM 数据报套接字，唯一对应着UDP
   • SOCK_RAW 原始套接字
3. protocol: 一般填0，原始套接字编程时需填充

返回值：

成功时返回文件描述符，出错时返回为-1

bind()函数

参数：

1. sockfd: 通过socket()函数拿到的fd
2. addr: struct sockaddr的结构体变量的地址
3. addrlen: 地址长度

通用地址结构体：

struct sockaddr
{    
    u_short  sa_family;    // 地址族, AF_xxx
    char  sa_data[14];     // 14字节协议地址
};

Internet协议地址结构：

struct sockaddr_in
{           
    u_short sin_family;          // 地址族, AF_INET，2 bytes
    u_short sin_port;              // 端口，2 bytes
    struct in_addr sin_addr;      // IPV4地址，4 bytes     
    char sin_zero[8];            // 8 bytes unused，作为填充
};

IPv4地址结构：

struct in_addr
{
    in_addr_t  s_addr;            // u32 network address 
};

实际开发的时候，通过把sockaddr_in结构体强制转化成sockaddr结构体后，作为参数传入bind()函数。

实例：

如果是IPV6的编程，要使用struct sockddr_in6结构体（详细情况请参考man 7 ipv6）,通常更通用的方法可以通过struct sockaddr_storage来编程。

listen()

把主动套接字变成被动套接字。

参数：

1. sockfd: 通过socket()函数拿到的fd
2. backlog： 同时允许几路客户端和服务器进行正在连接的过程（正在三次握手）
   一般填5， 测试得知,ARM最大为8

比如：listen(fd, 5) 表示系统允许11(=2*5+1)个客户端同时进行三次握手

返回值：

1. 成功：返回0
2. 失败：返回-1

accept()

阻塞等待客户端连接请求 。

参数：

1. sockfd: 经过前面socket()创建并通过bind(),listen()设置过的fd
2. addr和addrlen: 获取连接过来的客户的信息

返回值：

1. 成功：返回已经建立好连接的新的newfd
2. 失败：返回-1

connect()

客户端的连接函数。

connect()函数和服务器的bind()函数写法类似：

参数：

1. sockfd: 通过socket()函数拿到的fd
2. addr: struct sockaddr的结构体变量的地址
3. addrlen: 地址长度

返回值：

1. 成功：返回0
2. 失败：返回-1