Linux网络编程 网络基础知识

1.网络的历史和协议的分成

Internet-"冷战"的产物

1957年十月和十一月，前苏联先后欧两颗”Spuinik”卫星上天

1958年美国总统艾森豪威尔向美国国会提出建立DARPA，即国防部高级研究计划署，简称ARPA.1968年6月DARPA提出“资源共享计算机网络”，目的在于让DARPA的所有电脑互连起来，这个网络就叫做ARPAnet，即“阿帕网”，是Internet的最早雏形。

2.网络互联促成了TCP/IP协议的产生

早期的ARPAnet使用网络控制协议，不能互联不同类型的计算机和不同类型的操作系统，没有纠错功能

1973年有Rober Kahn 和 Vinton Cerf 两人合作为ARPAnet开发了新的互联网协议

1974年12月两人正式发表第一份TCP协议详细说明，但此协议在有数据包丢失时不能有效的纠正

• 用来检测网络传输中差错的传输控制协议TCP
• 专门负责对不同网络进行互联的互联网协议IP
• 从此TCP/IP协议诞生

1983年ARPAnet上停止使用NCP，互联网上的主机全部使用TCP/IP协议，TCP/IP协议成为Internet中的“世界语”。

3.网络的体系结构

• 网络采用分而治之的方法设计，将网络的功能划分为不同的模块，以分层的形式有机组合在一起
• 每层实现不同的功能，其内部实现方法对外部其他层次来说是透明的。每层向上层提供服务，同时使用下层提供的服务。
• 网终体系结构即指网络的层次结构和每层所使用的协议的集合
• 两类非常重要的体系结构:OSI和 TCP/IP。

• OSI模型相关的协议已经很少使用，但模型本身非常通用                                                             OSI模型是一个理想化的模型，尚未有完整的实现
• OSI模型共有七层
• 二层交换机，三层交换机

4.TCP/IP协议族体系

• TCP/IP协议族体系是Internet事实上的工业标准
• 一共有四层

5.网络各层的协议解释

1.网络接口和物理层

mac地址: 48位全球唯一，网络设备的身份标识

• ARP:地址解析协议，IP地址找到mac地址
• RARP:mac地址--找到P地址
• PPP协议: 拨号协议 (GPRS/3G/4G)

2.网络层

• IP地址
• IP协议: Internet protocol(分为IPV4和IPv6)
• ICMP:Internet控制管理协议，Ping 命令属于ICMP
• IGMP:Internet分组管理协议，广播和组播

3.传输层

TCP: (Transfer Control protocol,传输控制协议) 提供面向连接的，一对一的可靠传输的协议

• 数据无误，数据不丢失，数据无失序
• 适用场景
• 适合对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信
• 在需要可靠数据传输的场合，通常适用TCP协议
• MSN/QQ等即时通讯软件的用户登录账号管理相关的功能通常采用TCP协议

UDP: (user Datagram Protocol,用户数据报协议) : 提供不可靠，无连接的传输协议

• 适用场景
• 发送小尺寸数据 (如对DNS服务器进行IP地址查询时)
• 在接收数据，给出应答较困难的网终中适用UDP (如无线网络)
• 适合于广播/组播式通信中MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通常采用UDP协议流媒体VOD,VoIP,IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP方式进行实时数据传输        

SCTP: (Stream Control Transmission Protocol:流控制传输协议)，TCP的增强版，他能实现多主机多链路的通信。      

4.应用层            

网页访问协议: HTTP/HTTPS0

邮件发送接收协议: POP3(收)/SMTP(发)，IMAP(可接受邮件的一部分)

FTP: 文件传输协议

Telnet/ssh:远程登录

嵌入式相关

• NTP:网络时钟协议
• SNMP:简单网络管理协议 (实现对网络涉及集中式管理)
• RTP/RSTP:用于传输音视频的协议 (安防监控)        

6.网络的封包和拆包

TCP/IP协议下的数据包

7.网络预备知识    

1.socket

• 是一个编程接口，是一个特殊的文件描述符（对他执行IO的操作函数，比如read,write,close等），并不 仅限于TCP/IP协议，面向连接TCP，无连接UDP。  
• socket代表网络编程的一种资源                                            

分类

• 1.流式套接字（SOCK_STREAM）。唯一对应TCP 提供了一个面向连接，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送顺序接收。内射击流量控 制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作式字节流，无长度限制。
• 2.数据包套接字（SOCK_DGRAM）。唯一对应UDP 提供无连接服务器，数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重 复，顺序发送，可能乱序接收。
• 3.原始套接字（SOCK_RAW）。对应多个协议，发送穿透了传输层 可以对较低层次协议如IP，ICMP直接访问。

2.IP地址

• IP地址是Internet中主机的标识，Internet中的主机要与别的机器通信必须具有一个IP地址，IP地址为32 为（Ipv4）或者128位（Ipv6），每个数据包都必须携带目的IP地址和源IP地址，路由器依靠此信息为数 据包选择路由
• 表示的形式：常用点分形式，如202.38.64.10，最后都会转化成一个32位的无符号整数
• mobileIPV6:local IP（本地注册的IP），roma IP(漫游IP)

特殊IP地址

• 局域网IP： 192.XXX.XXX.XXX 10.XXX.XXX.XXX
• 广播IP：xxx.xxx.xxx.255 255.255.255.255(全网广播) 网络风暴
• 组播IP：224.xxx.xxx.xxx ~239.xxx.xxx.xxx

3.端口号

16位数字，1-65535

为了区分一台主机接收到的数据包应该转交给哪个任务进程处理，使用端口号来区别

• 预留端口，1-1023 (FTP:24,SSH:22,HTTP: 80,HTTPS :469)
• 保留端口: 1024-5000 (不建议使用)
• 可以使用的端口: 5000~65535
• TCP端口号于UDP端口号独立
• 网络里的通信是由 IP地址+端口号 来决定的

4.字节序

字节序是指不同的CPU访问内存中的多字节数据时候，存在大小端的问题

• 如果CPU访问的是字符串，则不存在大小端问题
• 一般来说X86/ARM : 小端模式
• power/miop:arm作为路由时，大端模式
• 网络传输的时候采用大端模式

字节转换函数

• 把给定系统所采用的字节序称为主机字节序，为了避免不同类别主机之间在数据交换时由于对于字 节序的不同而导致的差错，引入了网络字节序。
• 主机字节序到网络字节序
• u_long htonl(u_long hostlong);
• u_short htons(u_short short);
• 网络字节序到主机字节序
• u_long ntohl(u_long hostlong);
• u_short ntohs(u_short short);

IP地址的转换

• inet_aton()

       将strptr所指的字符串转换成32位的网络字节序二进制值

• inet_addr()

       功能同上，返回转换后的地址 仅适用于IPV4,出错时返回-1。

       局限性：不能用于255.255.255.255的转换

• inet_ntoa()

       将32位网络字节序二进制地址转换成点分十进制的字符串

• inet_pton()

       int inet_pton(int af, const char* src ,void* dst)

       将IPV4/IPV6 的地址转换成binary格式

       使用于IPV4/IPV6 能正确处理255.255.255.255的转换问题

       参数：

       1.地址协议族（AF_INET或AF_INET6）

       2.src：是一个指针（填写分点形式的IP地址（主要指IPV4））

       dst:转换的结果给到dst

• inet_ntop(int af,const void *src,char *dst,socklen_t size)

       把ipv4和ipv6的网络字节序变成本地的字符串形式的IP地址

       参数

       1.af：地址协议族（AF_INET或AF_INET6）

       2.src:是一个指针（32）

       3.dst:输出结果为32位点分形式的IP地址

       4.size：长度