《Unix/Linux系统编程》第十一周学习笔记
TCP/IP协议
- TCP/IP 是互联网的基础。TCP代表传输控制协议。IP代表互联网协议。目前有两个版本的IP,即IPv4和IPv6。IPv4使用32位地址,IPv6则使用128位地址。
TCP/IP的组织结构分为几个层级,通常称为TCP/IP堆栈。
- 顶层是使用TCP/IP的应用程序。用于登录到远程主机的ssh、用于交换电子邮件的邮件、用于Web页面的http等应用程序需要可靠的数据传输。通常,这类应用程序在传输层使用TCP。另一方面有些应用程序,例如用于查询其他主机的ping命令,则不需要可靠性。这类应用程序可以在传输层使用UDP来提高效率。
- 主机:主机是支持TCP/IP协议的计算机或设备。每个主机由一个32位的IP地址来标识。
- IP地址:分为两部分,即NetworkID字段和HostID字段。根据划分,IP地址分为A~E类。例如,一个B类P地址被划分为一个16位NetworkID,其中前2位是10,然后是一个16位的HostID字段。发往P地址的数据包首先被发送到具有相同networkID 的路由器。路由器将通过HostID将数据包转发到网络中的特定主机。每个主机都有一个本地主机名localhost,默认P地址为127.0.0.1。本地主机的链路层是一个回送虚拟设备,它将每个数据包路由回同一个 localhost。
- IP协议:用于在IP主机之间发送/接收数据包。IP尽最大努力运行。IP主机只向接收主机发送数据包,但它不能保证数据包会被发送到它们的目的地,也不能保证按顺序发送。
- IP数据包:由IP头、发送方地址和接收方IP地址以及数据组成。
- IP数据包格式:每个数据包的大小最大为64KB。IP头包含有关数据包的更多信息,例如数据包的总长度、数据包使用TCP还是UDP、生存时间(TTL)计数、错误检测的校验和等。
- 路由器:接收和转发数据包的特殊IP主机。一个IP数据包可能会经过许多路由器,或者跳跃到达某个目的地。每个IP包在IP报头中都有一个8位生存时间(TTL)计数,其最大值为255。在每个路由器上,TTL会减小1。如果TTL减小到0,而包仍然没有到达目的地,则会直接丢弃它。这可以防止任何数据包在IP网络中无限循环。
- UDP:在IP上运行,用于发送/接收数据报。与IP类似,UDP不能保证可靠性,但是快速高效。
如ping是一个向目标主机发送带时间戳UDP包的应用程序。接收到一个pinging数据包后,目标主机将带有时间戳的UDP包回送给发送者,让发送者可以计算和显示往返时间。如果目标主机不存在或宕机,当TTL减小为0时,路由器将会丢弃pinging UDP数据包。在这种情况下,用户会发现目标主机没有任何响应。用户可以尝试再次ping,或者断定目标主机宕机。 - TCP:一种面向连接的协议,用于发送/接收数据流。TCP也可在IP上运行,但它保证了可靠的数据传输。通常,UDP类似于发送邮件的USPS,而TCP类似于电话连接。
- 端口编号:端口号是分配给应用程序的唯一无符号短整数。要想使用UDP或TCP,应用程序(进程)必须先选择或获取一个端口号。前1024个端口号已被预留。其他端口号可供一般使用。应用程序可以选择一个可用端口号,也可以让操作系统内核分配端口号。
- 应用程序 = (主机IP, 协议, 端口号)
- 网络和主机字节序:计算机可以使用大端字节序,也可以使用小端字节序。在互联网上,数据始终按网络序排列,这是大端。在小端机器上,例如基于Intel x86的PC,htons()、htonl()、ntohs()、ntohl()等库函数,可在主机序和网络序之间转换数据。
- TCP/IP网络中的数据流
实践内容
udp实践
server
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define SERVER_PORT 9999
#define BUFF_LEN 1024
void handle_udp_msg(int fd)
{
char buf[BUFF_LEN]; //接收缓冲区,1024字节
socklen_t len;
int count;
struct sockaddr_in clent_addr; //clent_addr用于记录发送方的地址信息
while(1)
{
memset(buf, 0, BUFF_LEN);
len = sizeof(clent_addr);
count = recvfrom(fd, buf, BUFF_LEN, 0, (struct sockaddr*)&clent_addr, &len); //recvfrom是拥塞函数,没有数据就一直拥塞
if(count == -1)
{
printf("recieve data fail!\n");
return;
}
printf("client:%s\n",buf); //打印client发过来的信息
memset(buf, 0, BUFF_LEN);
sprintf(buf, "I have recieved %d bytes data!\n", count); //回复client
printf("server:%s\n",buf); //打印自己发送的信息给
sendto(fd, buf, BUFF_LEN, 0, (struct sockaddr*)&clent_addr, len); //发送信息给client,注意使用了clent_addr结构体指针
}
}
/*
server:
socket-->bind-->recvfrom-->sendto-->close
*/
int main(int argc, char* argv[])
{
int server_fd, ret;
struct sockaddr_in ser_addr;
server_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //AF_INET:IPV4;SOCK_DGRAM:UDP
if(server_fd < 0)
{
printf("create socket fail!\n");
return -1;
}
memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));
ser_addr.sin_family = AF_INET;
ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //IP地址,需要进行网络序转换,INADDR_ANY:本地地址
ser_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //端口号,需要网络序转换
ret = bind(server_fd, (struct sockaddr*)&ser_addr, sizeof(ser_addr));
if(ret < 0)
{
printf("socket bind fail!\n");
return -1;
}
handle_udp_msg(server_fd); //处理接收到的数据
close(server_fd);
return 0;
}
client
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define SERVER_PORT 9999
#define BUFF_LEN 512
#define SERVER_IP "127.0.0.1"
void udp_msg_sender(int fd, struct sockaddr* dst)
{
socklen_t len;
struct sockaddr_in src;
while(1)
{
char buf[BUFF_LEN] = "TEST UDP MSG!\n";
len = sizeof(*dst);
printf("client:%s\n",buf); //打印自己发送的信息
sendto(fd, buf, BUFF_LEN, 0, dst, len);
memset(buf, 0, BUFF_LEN);
recvfrom(fd, buf, BUFF_LEN, 0, (struct sockaddr*)&src, &len); //接收来自server的信息
printf("server:%s\n",buf);
sleep(1); //一秒发送一次消息
}
}
/*
client:
socket-->sendto-->revcfrom-->close
*/
int main(int argc, char* argv[])
{
int client_fd;
struct sockaddr_in ser_addr;
client_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(client_fd < 0)
{
printf("create socket fail!\n");
return -1;
}
memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));
ser_addr.sin_family = AF_INET;
//ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //注意网络序转换
ser_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //注意网络序转换
udp_msg_sender(client_fd, (struct sockaddr*)&ser_addr);
close(client_fd);
return 0;
}
标签:addr,主机,IP,编程,Unix,fd,Linux,数据包,ser
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