Linux网络编程

1.网络基础

1.OSI七层模型

介绍：OSI模型: open system interconnect 理论模型 1977 国际标准化组织 各种不同体系结构的计算机能在世界范围内互联成网。

应用层:要传输的数据信息，如文件传输，电子邮件等
表示层:数据加密，解密操作，压缩，解压缩
会话层:建立数据传输通道
传输层:传输的方式 UDP TCP 端口号
网络层:实现数据路由 路由器 ip
数据链路层:封装成帧，点对点通信（局域网内通信），差错检测 交换机 ARP
物理层:定义物理设备标准，比如网线，光纤等传输介质 比特流 bit 0 1

2. TCP/IP模型

(1)4层模型

应用层（应用层、表示层、会话层）：
    HTTP：超文本传输协议
    HTTPS：超文本传输协议（加密）
    FTP ：文件传输协议
    TFTP：简单文件传输协议
    MQTT：消息队列遥测传输协议（物联网）
    DNS :域名解析服务（www.baidu.com--->IP:将域名转换成IP地址）
    自定义协议
传输层：
    UDP：用户数据报协议
    TCP：传输控制协议
网络层：
    IP协议
    IPv4/IPv6
网络接口层（数据链路层、物理层）：
    ARP:地址解析协议（IP地址转MAC地址）
    RARP：逆地址解析协议（MAC地址转IP地址）

(2)5层模型

应用层（应用层、表示层、会话层）：
传输层：
网络层：
数据链路层：
物理层：

3. IP协议

• IP地址 :192.168.0.103 网络位+主机位
• 子网掩码：255.255.255.0
• 网络位（网段）：表示当前主机所在的网段。子网掩码为1的位为网络位
• 主机位：是当前网段的第几台主机。子网掩码为0的位为主机位
• 网段号：192.168.0

IP地址的划分：
(1)A类地址:
范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255
子网掩码:255.0.0.0 126*2^24
用于管理大规模网络
私有IP地址:10.0.0.0 - 10.255.255.255
127.0.0.0 回环地址
(2)B类地址:
范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255
子网掩码:255.255.0.0 2^16
管理大中规模网络
私有IP地址:172.16.0.0 - 172.31.255.255
(3)C类地址:
范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255
子网掩码:255.255.255.0 2^8
管理中小规模网络
私有IP地址:192.168.0.0 - 192.168.255.255
(4)D类地址:
224.0.0.0 - 239.255.255.255
组播和广播使用
(5)E类地址:
240.0.0.0 - 255.255.255.254
用来进行实验
公有IP：由电信公司直接分配，并需要付费的IP地址， 可以直接访问internet
私有IP：不能直接访问internet的ip地址

4. 端口号

端口号：区分同意主机上的不同网络进程，16位的数值 0-65535
分类：
（1）任何TCP/IP实现所提供的服务都用1-1023之间的端口号。
http ： 80、8080
FTP： 20/21
TFPT: 69
HTTPS: 443
MQTT ：1883
（2）端口号从1024-49151是被注册的端口号，被IANA指定为特殊服务使用。
（3）从49152-65535是动态或私有端口号。

5. 网络协议栈

2. 网络命令

• ifconfig ：查看Linux下主机的IP地址相关信息

• ipconfig：查看windows下主机的IP地址相关信息

• ping IP地址/域名：检查当前主机和目标主机是否网络联通

3.UDP****协议

UDP（user datagram protocol） ：用户数据报协议（传输层协议）

1. C/S和B/S模型

网络编程模型：
C/S：Client/Server 客户端/服务器

• 客户端是一个专用客户端
• 客户端和服务端程序都需实现
• 客户端和服务端都可以保存资源

B/S: Browser/Server 浏览器/服务器

• 客户端是一个通用的客户端，只需要维护服务端
• 一般都是用HTTP协议
• 主要资源都在服务

2. UDP的特点

• 面向数据包
• 不需要建立连接
• 尽最大可能交付，不安全不可靠
• UDP机制简单，实时性高，效率高

3. UDP编程

流程：

套接字：系统为应用层提供的网络通信端口,本质是文件描述符
创建套接字：socket

int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建一个套接字
参数：
domain：使用的协议族
    AF_INET: IPv4
    AF_INET6：IPv6
type：传输方式
    SOCK_STREAM ：TCP
    SOCK_DGRAM：UDP
protocol: 0 默认协议方式
返回值：
    成功：文件描述符
    失败：-1

发送数据包sendto

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
功能：发送UDP的数据包
参数：
sockfd：套接字
buf：发送数据的首地址
len：发送的字节数
flags：0 默认方式发送
dest_addr：接收方（服务端）的地址信息的指针
addrlen：接收方地址的大小
返回值：
成功：实际发送的字节数
失败：-1

主机字节序转网络字节序short类型：htons

主机字节序：小端 host
网络字节序：大端 network
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); 主机转网络
uint16_t htons(uint16_t hostshort); 主机转网络
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); 网络转主机
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); 网络转主机
h:host
n:net
l:long
s:short

将字符串IP地址转成整形ip地址：inet_addr

in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:将字符串IP地址转换成二进制IP地址形式
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：将二进制ip转换成字符串

绑定地址信息：bind

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能：绑定套接字和主机的IP、端口号
参数：
sockfd：套接字
addr：当前主机的地址信息的变量指针
addrlen：地址变量的大小
返回值：
成功：0
失败：-1

接收UDP数据recvfrom

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
功能：从UDP套接字接收数据
参数：
sockfd：套接字
buf：存储数据的空间首地址
len：希望接收到的数据长度
flags：0 默认方式
src_addr：保存发送方地址的变量指针
addrlen：保存地址的变量大小的指针
返回值：
成功：返回实际收到的字节数
失败：-1

4. UDP头部