一、任务详情

自学教材第13章，提交学习笔记（10分），评分标准如下

知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容（4分）
问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）
实践过程截图，代码链接（2分）
其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）

二、笔记内容

第十三章 TCP/IP和网络编程

13.1 网络编程简介

TCP/IP协议
UDP和TCP协议
服务器-客户机计算
HTTP和Web页面
动态Web页面的PHP和CGI编程

13.2 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。
本节围绕IPv4进行讨论，它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。
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。

13.3 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P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dns1.eec.wsu.edu。
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。

13.4 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，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。这意味着IP并非可靠的协议。必要时，必须在IP层的上面实现可靠性。

13.5 IP数据包格式

由IP头、发送方地址和接收方I地址以及数据组成。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。

13.6 路由器

是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。

13.7 UDP

UDP（用户数据报协议）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。用户可以使用ping命令探测目标主机。
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。在这种情况下，最好使用UDP，因为不要求可靠性。

13.8 TCP

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，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。

13.9 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)。其中，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。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。

13.10 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。

13.11 TCP/IP网络中的数据流

应用层—>传输层—>IP网络层—>网络链路层

13.12 网络编程

13.12.1 网络编程平台

服务器上的用户账户
单独PC或笔记本电脑

13.12.2 服务器-客户机计算模型

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端。在UDP中，服务器等待来自客户机的请求包，处理数据包并生成对客户端的响应。在TCP中，服务器等待客户端连接。客户端首先连接到服务器，在客户端和服务器之间建立一个虚拟电路。

13.13 套接字编程

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((Rago1993;Stevens等2004)。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。netdbh和sys/socketh中有套接字地址结构的定义。

13.13.1 套接字地址

struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // AF_INET for TCP/IP
in port_t sinport; // port number 
struct in_addr sin_addr; // IP address
};
struct in_addr{ //internet address 
uint32_t s_addr; // IP address in network byte order 
};

TCP/IP网络的sin_family始终设置为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。

13.13.2 套接字API

socket() //创建一个套接字并返回一个文件描述符
int udp_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //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); //创建一个用于发送/接收数据流的面向连接的TCP套接字
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引用的套接字

13.13.3 UDP套接字

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); 
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

13.13.4 TCP套接字

int listen(int sockfd, int backlog); //listen()将sockfd引用的套接字标记为将用于接收连接的套接字。backlog参数定义了等待连接的最大队列长度。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_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。
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。

13.13.5 send()/read()和recv()/write()

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); 
ssize_t write(int sockfd, const void *buf, size_t len);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); 
ssize_t read(int sockfd, void *buf, size_t len);

2.苏格拉底挑战

三、问题与解决思路

问题

（1）套接字编程时为什么需要设置套接字选项？哪些常用的套接字选项会影响套接字的行为？

解决思路

四、实践过程截图

标签：11,int,IP,TCP,学习,笔记,主机,接字,数据包
From： https://www.cnblogs.com/Euyq123/p/17857571.html

学习笔记11