第十三章：TCP/IP和网络编程

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.前者使用32位地址，后者使用128位地址。IPv4仍然是目前使用最多的IP版本。TCP/IP的组织结构分为几个层级，通常称为TCP/IP堆栈。

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。为了方便起见32位的IP地址号通常用点记法表示，例如:134.121.64.1，其中各个字节用点号分开。主机也可以用主机名来表示，如dnsl.eec.wsu.edu。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。
IP地址分为两部分，即NetworkID字段和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。

IP协议

• 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，这意味着IP并非可靠的协议。
• 必要时，必须在IP层上实现可靠性

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
• 

UDP

• UDP在IP上运行，用于发送/接收数据
• UDP不能保证可靠性，但是快速高效，可用于可靠性不重要的情况

TCP

• TCP是一种面向连接的协议，用于发送/接收数据流
• TCP可在IP上运行，它保证了可靠的数据传输

端口编号

• 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）
• 

TCP/IP网络中的数据流

套接字编程

• 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

套接字地址

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family; 
    in_port_t sin_port; 
    struct in_addr sin_addr;
}；
struct in_addr {
    uint32_t s_addr；
}；

套接字API

• int套接字（int域，int类型，int协议）
  示例：

int udp_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);:将会创建一个用于发送/接收UDP数据报的套接字。
int tcp_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);:将会创建一个用于发送/接收数据流的面向连接的TCP套接
字c

• int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
  • bind()系统调用将addr指定的地址分配给文件描述符sockfd所引用的套接字addrlen 指定addr所指向地址结构的大小(以字节为单位)。对于用于联系其他UDP服务器主机的UDP套接字，必须绑定到客户机地址，允许服务器发回应答。对于用于接收客户机连接的TCP套接字，必须先将其绑定到服务器主机地址。
• UDP套接字
  • UDP套接字使用scndto()/recvfrom()来发送/接收数据报。
• TCP套接字
  int Iistcn(int sockfd, int backlog);
  • listen()将sockfd引用的套接字标记为将用于接收连入连接的套接字。backlog参数定义了等 待连接的最大队列长度。
    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, sockien_t *addrlen);
  • accept()系统调用与基于连接的套接字一起使用。它提取等待连接队列上的第一个连接请求 用于监听套接字sockfd,创建一个新的连接套接字，并返回一个引用该套接字的新文件描 述符，与客户机主机连接。在执行accept()系统调用时，TCP服务器阻塞，直到客户机通过 coimectO建立连接。
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen t addrlen)；
  • connect()系统调用将文件描述符sockfd引用的套接字连接到addr指定的地址，addrlen参数 指定addr的大小。addr中的地址格式由套接字sockfd的地址空间决定。
• send()/read()以及recv/write()