第十三章 TCP/IP 网络编程 学习笔记
一、网络编程简介
二、TCP/IP协议
TCP：传输控制协议
IP：网络协议。有IPv4（32位地址）和IPv6（64位地址）。
TCP/IP的组织结构分为几个层级，通常称为TCP/IP堆栈。如图所示为TCP/IP的各个层级以及每一层级的代表性组件及其功能。
TCP/IP网络中的数据流路径
三、IP主机和IP地址
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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。为了方便起见32位的IP地址号通常用点记法表示，例如:134121641，其中各个字节用点号分开。主机也可以用主机名来表示，如dnsleecwsuedu。实际上，应用程序通常使用主机名而不是IP地址。在这个意义上说，主机名就等同于IP地址，因为给定其中一个，我们可以通过DNS(域名系统)(RFC1341987RFC10351987)服务器找到另一个，它将IP地址转换为主机名，反之亦然。
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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~F类。例如，一个B类IP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IP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IP地址为127001。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。这个特性可以让我们在同一台计算机上运行TCP/IP应用程序而不需要实际连接到互联网。
四、IP协议
- IP协议用于在 IP主机之间发送/接收数据包。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。
五、IP数据包格式
IP数据包由IP头、发送方IP地址和接收方IP地址以及数据组成。每个IP数据包的大小最大为64KB。如图为IP头格式：
六、路由器
- 路由器是接收和转发数据包的特殊IP主机。
七、UDP
UDP(用户数据报协议)(RFC7681980;Comer1988)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。它可用于可靠性不重要的情况。
例如，用户可以使用ping命令探测目标主机，如ping主机名或pingIP地址
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pingingUDP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。在这种情况下，最好使用UDP，因为不要求可靠性。
八、TCP
- TCP是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。
九、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。
十、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。例如，PC中的端口号1234按主机字节序(小端)是无符号短整数。必须先通过htons(1234)把它转换成网络序，才能使用。相反，从互联网收到的端口号必须先通过ntohs(port)转换为主机序。
十一、TCP/IP网络中的数据流
十二、网络编程
在服务器 — 客户机计算模型中，我们首先在服务器主机上运行服务器进程。然后，我们从客户主机运行客户及。在UDP中，服务器等待来自客户机的户籍包，处理数据包并生成对客户及的相应。在TCP中，服务器等待客户机连接。客户机首先连接到服务器，在客户机和服务器之间建立一个虚拟电路。
十三、套接字编程
套接字地址
TCP/IP网络的sin_family始终设置位AF_INET
sin_port包含网络字节顺序排列的端口号。
sin_addr是按网络字节顺序排列的主机IP地址
实践部分
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 256
#define PORT 7777
void sys_err(char *msg){
perror(msg);
exit(-1);
}
int main(int argc , char **argv){
int sockFd,n;
char recvLine[MAXLINE];
struct sockaddr_in servAddr;
if (argc != 2) {
sys_err("usage: a.out <IPaddress>");
}
sockFd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
memset(&servAddr,0,sizeof(servAddr));
servAddr.sin_family = AF_INET;
servAddr.sin_port = htons(PORT);
if (inet_pton(AF_INET,argv[1],&servAddr.sin_addr) <= 0) {
sys_err("inet_pton error");
}
connect(sockFd,(struct sockaddr *)&servAddr,sizeof(servAddr));
while((n=read(sockFd,recvLine,MAXLINE)) >0 ){
recvLine[n] = '\0';
if(fputs(recvLine,stdout) == EOF){
sys_err("fputs error");
}
}
if(n <0){
sys_err("read error");
}
return 0;
}
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