Linux系统编程——网络：从 OSI 到 UDP 通信实践

层级	层	描述	常用协议
7	应用层	为应用程序或用户请求提供各种请求服务。	HTTP、FTP、STMP、POP3、TELENT、NNTP、IMAP4、FINGER
6	表示层	数据编码、格式转换、数据加密。	LPP、NBSSP
5	会话层	创建、管理和维护会话。	SSL、TLS、DAP、LDAP
4	传输层	数据通信。	TCP、UDP
3	网络层	IP选址及路由选择。	IP、ICMP、RIP、IGMP、OSPF
2	数据链路层	提供介质访问和链路管理。	以太网、网卡、交换机、PPTP、L2TP、ARP、ATMP
1	物理层	管理通信设备和网络媒体之间的互联互通。	物理线路、光纤、中继器、集线器、双绞线、网络适配器

**物理层：**负责把主机中的数据转换成电信号，再通过网络介质(双绞线、光纤、无线信道等)来传输。该层描述了通信设备的机械、电气、功能等特性。
**数据链路层：**负责物理相邻（通过网络介质相连）的主机间的数据传输，主要作用包括物理地址寻址、数据帧封装、差错控制等。该层可分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。
**网络层：**负责数据传输的路由选择和网际互连。
**传输层：**管理网络通信两端的数据传输，提供可靠或不可靠的传输服务。
**会话层：**负责信息传输的组织和协调，管理进程会话过程。
**表示层：**为不同主机间的通信提供统一的数据表示形式。
**应用层：**为网络用户提供各种服务，例如电子邮件、文件传输等。

2.TCP/IP 模型（4 层）

TCP/IP 模型是 OSI 模型的简化版，对应关系是：

网络接口层 → OSI 的数据链路 + 物理层，负责监视数据在主机和网络之间的交换。
网络层 → 对应 OSI 网络层，主要解决主机到主机的通信问题。
传输层 → 对应 OSI 传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。
应用层→ OSI 的应用 + 会话 + 表示层，为用户提供所需要的各种服务。

二、Linux 网络配置：命令与文件

在 Linux 里配置网络，常用这几个操作：

1. 永久配置 IP

编辑网络配置文件：

bash 复制代码

sudo vim /etc/network/interfaces

在文件里设置 IP（手动 / 自动），修改后重启网络服务生效：

bash 复制代码

sudo /etc/init.d/networking restart

2.临时配置 IP

用 ifconfig 临时设 IP（重启失效）：

bash 复制代码

ifconfig ens33 192.168.0.13/24 up

3.网络调试命令

查本机 IP：ifconfig
测试联网：ping www.baidu.com
查网络连接：netstat -anp

三、网络编程核心概念：Socket 与字节序

1.Socket（套接字）

Socket 是 "网络文件描述符"，打开网络设备后获得它，就能通过它收发数据。

标识一个网络连接：IP+端口（IP 定位主机，端口定位主机上的应用程序）
端口范围：1~65535

2.字节序

网络设备和主机的字节存储顺序可能不同：

网络字节序：大端存储（高位字节存在低地址）
主机字节序：小端存储（Intel/AMD/ARM CPU 都是小端）

四、UDP 通信：无连接的传输协议

UDP 是 "用户数据报协议"，特点是无连接、低延迟、不可靠（发太快会丢包），适合音视频这类对实时性要求高的场景。

1.UDP 通信流程

服务端步骤：

socket()：创建套接字
bind()：绑定 IP 和端口
recvfrom()：接收客户端数据
sendto()：给客户端回发数据
close()：关闭套接字

客户端步骤：

socket()：创建套接字
sendto()：给服务端发数据
recvfrom()：接收服务端回复
close()：关闭套接字

函数调用关系：

2.核心函数解析

2.1 创建套接字：socket()

cpp 复制代码

int socket(int domain, int type, int protocol);

domain：地址族（PF_INET= 网络程序）
type：套接字类型（SOCK_DGRAM=UDP）
protocol：协议（填 0 自动适配）
返回值：成功返回套接字 fd，失败返回 - 1

2.2 绑定地址：bind()

cpp 复制代码

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

sockfd：要绑定的套接字 fd

my_addr：网络地址结构（IPv4 用 struct sockaddr_in）

cpp 复制代码

struct sockaddr_in
{
    u_short sin_family; // 地址族（AF_INET）
    u_short sin_port;   // 端口（要转网络字节序）
    struct in_addr sin_addr; // IP地址
};

返回值：成功 0，失败 - 1

2.3 发送数据：sendto()

cpp 复制代码

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

dest_addr：目标主机的地址结构
返回值：成功返回发送的字节数，失败 - 1

2.4 接收数据：recvfrom()

cpp 复制代码

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

src_addr：可选，存发送方的地址
返回值：成功返回接收的字节数，失败 - 1

五、UDP 通信代码示例

1.服务端代码（server.c）

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

typedef struct sockaddr *(SA);

int main(int argc, char **argv)
{
  // 创建UDP套接字
  int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  if (-1 == sockfd)
  {
    perror("socket");
    return 1;
  }

  // 初始化服务端/客户端地址结构
  struct sockaddr_in ser, cli;
  bzero(&ser, sizeof(ser));
  bzero(&cli, sizeof(cli));
  ser.sin_family = AF_INET;
  ser.sin_port = htons(50000); // （Host to Network Short）将主机字节序转为网络字节序（大端序）
  ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.159");
  
  // 绑定套接字到指定IP和端口
  int ret = bind(sockfd, (SA)&ser, sizeof(ser));
  if (-1 == ret)
  {
    perror("bind");
    return 1;
  }

  // 循环接收客户端数据并回复
  socklen_t len = sizeof(cli);
  while (1)
  {
    char buf[512] = {0};
    recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (SA)&cli, &len);
    printf("recv:%s\n", buf);
    time_t tm;
    time(&tm);
    struct tm *info = localtime(&tm);
    sprintf(buf, "%s %d:%d:%d", buf, info->tm_hour, info->tm_min, info->tm_sec);
    sendto(sockfd, buf, strlen(buf) + 1, 0, (SA)&cli, len);
  }
  close(sockfd);

  return 0;
}

2.客户端代码（client.c）

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

typedef struct sockaddr *(SA);

int main(int argc, char **argv)
{
  // 创建UDP套接字
  int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  if (-1 == sockfd)
  {
    perror("sockfd");
    return 1;
  }
  // 初始化服务端地址结构
  struct sockaddr_in ser;
  bzero(&ser, sizeof(ser));
  ser.sin_family = AF_INET;
  ser.sin_port = htons(50000);
  ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.159");

  // 循环向服务端发送数据并接收回复
  int i = 10;
  while (i--)
  {
    char buf[512] = "hello";
    sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (SA)&ser, sizeof(ser));
    bzero(buf, sizeof(buf));
    recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
    printf("recv:%s\n", buf);
    sleep(1);
  }
  close(sockfd);

  return 0;
}

3.编译运行

bash 复制代码

# 编译服务端
gcc udp_server.c -o server
# 编译客户端
gcc udp_client.c -o client

# 启动服务端
./server
# 另开终端启动客户端
./client

Linux系统编程——网络：从 OSI 到 UDP 通信实践

一、OSI 与 TCP/IP 模型

1.OSI 模型（7 层）

2.TCP/IP 模型（4 层）

二**、**Linux 网络配置：命令与文件

1. 永久配置 IP

2.临时配置 IP

3.网络调试命令

三、网络编程核心概念：Socket 与字节序

1.Socket（套接字）

2.字节序

四、UDP 通信：无连接的传输协议

1.UDP 通信流程

2.核心函数解析

2.1 创建套接字：socket()

2.2 绑定地址：bind()

2.3 发送数据：sendto()

2.4 接收数据：recvfrom()

五、UDP 通信代码示例

1.服务端代码（server.c）

2.客户端代码（client.c）

3.编译运行

4.运行结果

二、Linux 网络配置：命令与文件