# Linux十三章——TCP/IP网络编程

TCP/IP协议

• TCP/IP协议：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使用128位地址。TCP/IP各个层级及使用的协议如下图所示
  

IP

（1）IP协议

• ip协议用于在ip主机之间发送/接收数据包，但IP协议并非可靠的协议，在IP层上面实现可靠性

（2）IP主机和IP地址

• 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。32位的IP地址号通常用点记法表示。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，不同的类主机号和网络号所占位数不同。

（3）IP数据包格式

• IP数据包包括IP头、发送方IP地址、接收方IP地址、数据、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。每个IP数据包的大小最大为64KB。
  

（4）路由器

• 路由器是接收和转发数据包的特殊IP主机，如果IP主机相距很远，需要借助路由器来转发数据包。每个IP包在1P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

UDP

• UDP：用户数据报协议，在IP上运行，用于发送/接收数据报。UDP不能保证可靠性。我们常用的ping命令使用的协议就是UDP

TCP

（1）TCP

• 传输控制协议，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，它保证可靠的数据传输。

（2）端口编号

• 在各主机上，多个应用程序（进程）可同时使用TCP/UDP.每个应用程序由三个组成部分唯一标识：应用程序=(主机IP，协议，端口号)，协议是TCP或UDP,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。下图给出了常见的应用程序的默认端口号
  

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，就是大端。一些库函数比如htons()、htonl()、ntohs()、ntohl()等可以在主机序和网络序之间转换数据。

TCP/IP网络中的数据流

• 随着报文一层层下传，每一层都会在前面加上这一层专属的报头。在接收端恰恰相反，随着报文一层层上传，报头被每一层分别剥离以解析收到的数据。
  

套接字编程

（1）套接字API

• 在网络编程中，TCP/IP的用户界面是通过一系列C语言库函数和系统调用来实现的，这些函数和系统调用统称为套接字API。为了使用套接字API,我们需要套接字地址结构，它用于标识服务器和客户机。netdb.h和sys/socket.h中有 套接字地址结构的定义。
  

（2）创建套接字

（3）UDP套接字

（4）TCP套接字

主机名和IP地址

• 如果在不同的主机上运行服务器和客户机，服务器端口号由操作系统内核分配，则需要知道服务器的主机名或IP地址及其端口号。如果某台计算机运行TCP/IP,它的主机名通常记录在/etc/hosts文件中。库函数gethostname(char *name, sizeof(name))在name数组中返回计算机的主机名字符串。struct hostent *gethostbyname(void *addr, socklen_t len, int typo)可以用来获取计算机的全名及其IP地址

实践

//udp_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>

#define BUFLEN 256 // max length of buffer
#define PORT 1234 // fixed server port number 

char line[BUFLEN];
struct sockaddr_in me, client;
int sock,rlen,clen=sizeof(client);

int main()
{
    printf("1.createaUDP socket\n");
    sock =socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

    printf("2. fill me with server address and port number\n");
    memset((char*)&me,0,sizeof(me));
    me.sin_family=AF_INET;
    me.sin_port=htons(PORT);
    me.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);// use localhost

    printf("3. bind socket to server IP and port\n");
    bind(sock,(struct sockaddr*)&me, sizeof(me));

    printf("4.wait for datagram\n");
    while(1)
    {
        memset(line,0,BUFLEN);
        printf("UDP server: waiting for datagram\n");

        rlen=recvfrom(sock,line,BUFLEN,0,(struct sockaddr *)&client,&clen);
        printf("received a datagram from [host:port]=[%s:%d]\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));
        printf("rlen=%d:line=%s\n",rlen,line);
        printf("send reply\n");
        sendto(sock,line, rlen,0,(struct sockaddr *)&client,clen);
    }
}