Linux学习之网络编程（纯理论）

news2024/10/5 15:38:22

写在前面

刚刚更新完Linux系统编程，特别推荐大家去看的Linux系统编程，总共44个小时，老师讲的非常好，我是十天肝完的，每天大概看20集，每天还要以写blog的形式来写笔记来总结一下，虽然这十天有点累，但是这套视频值得这些时间的付出。我现在在学习Linux网络编程，学习看的视频还是Linux系统编程同一个老师讲的，从今天开始更新Linux网络编程的笔记，先立一个flag：争取十天更新完（虽然我觉得这不太可能，但起码要在今年过年前更新完）

协议

OSI七层模型

物理层：OSI参考模型中的最底层，面向实际承担数据传输的物理媒介，即通信通道。简单来说就是确保原始数据课在各种物理媒介上传输。
数据链路层：定义了单个链路上如何传输数据。
网络层：定义了端到端数据包传输，能够标识所有结点的逻辑地址，路由实现的方式和学习方式。
运输层：又叫传输层。任务是向两台主机之间的进程通信提供通用的数据传输服务，应用进程利用该服务传送应用层报文。
会话层：定义了如何开始，控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续信息的一部分时可以通知应用程序，使表示层看到的数据是连续的。
表示层：定义数据格式及加密。
应用层：OSI体系结构的最高层。任务是通过应用进程的交互来完成特定的网络应用。

这个OSI七层模型只用了解即可，我们后面写代码不用这个七层模型，用的是TCP/IP四层协议体系结构。
可以简记为“物数网传会应表”

TCP/IP四层协议体系结构

应用层：面向不同网络应用引入不同的应用层协议。FTP，HTTP，NFS，SSH
传输层：使源端主机和目的端主机上的对等实体可以进行对话。TCP，UDP
网络层：整个协议体系结构的核心。功能是把分组发往目的网路或主机。IP，ICMP，IGMP
链路层（网络接口层）：实际上，TCP/IP协议体系并没有真正描述网络接口层的实现，只是要求能够提供给网络层一个访问接口，以便在网络接口上传递IP分组。以太网帧协议，APR

可以简记为“网网传应”

网络基础概念

MAC地址

介质访问控制（Media Access Control,MAC)地址也称硬件地址，长度是48位（6字节），由十六进制的数字组成，分为前24位和后24位。前24位称为组织唯一标志符（OUI），是由IEEE的注册管理机构分配给厂家的代码，用来区分不同的厂家；后24位由厂家自己分配的代码，成为拓展标识符。
在Linux系统下可以用ifconfig命令来查看MAC地址

IP地址

IP地址是IP提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一个主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。
IP地址分为IPv4和IPv6两类，由于现在主要使用IPv4地址，故下面只介绍IPv4地址
IPv4地址是一个32位的二进制数，通常分隔为四个八位二进制数（即四字节）。IPv4地址通常用点分十进制表示成a.b.c.d，其中a，b，c，d都是0-255内的十进制整数

子网掩码

子网掩码又称为网络掩码，地址掩码。计算机处理需要IP地址外，还需要知道多少位表示主机号及多少位表示子网号。这要求子网掩码不能单独存在，要结合IP地址一起使用，将某个IP地址划分为网络地址和主机地址两部分，子网掩码只针对IPv4地址。
在Linux系统下可以用ifconfig命令来查看子网掩码

端口

端口包括物理端口和逻辑端口。物理端口是用于连接物理设备的接口，逻辑端口是逻辑上用于区分服务端口。我们这里只讲逻辑端口。
Linux操作系统会给那些有需求的进程分配IP地址和端口，每一个端口由一个正整数标识。在互联网上，各个主机根据TCP/IP发送和接收数据包，数据包根据其目的主机IP地址选择路由器被传送到目的主机，当目的主机接收到数据包后，根据数据包中的目的端口号把数据发送到目的端口进行处理。
端口主要分为以下几类：

周知端口：众所周知的端口号，范围是从0到2023。例如，其中80端口号分配给www服务，21端口分配给FTP服务等等。
注册端口：分配给用户进程或应用程序，范围是从1024到49151.
动态端口：范围是从49152到65535.之所以被称为动态端口，是因为它不固定分配某种服务端口号，而是动态分配服务端口号。

TCP

三次握手

建立TCP连接的过程又称为三次握手。建立一个TCP连接时，需要发送端和接收端共发送三个数据报文以确立连接建立。

第一次握手，发送端将标志位SYN置为1，发送端进入SYN_SENT状态，随机产生一个值seq=J将该数据发送给接收端，等待接收端确认。
第二次握手，接收端进入SYN_RCVD状态，收到数据后由标志位SYN=1确认发送端请求建立连接，接收端将SYN 和ACK都置为1，ack=J+1，并随机产生一个值seq=K,并将该数据发送给发送端以确认收到请求连接。
第三次握手，发送端收到请求后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确，将ACK置为1，ack=K+1，并将数据发送给接收端，接收端检查ack是否是K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，接收端和发送端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后开始传输数据。

四次挥手

第一次挥手，发送端发送一个FIN包，用来关闭到接收端的数据传送，发送端进入FIN_WAIT_1状态。
第二次挥手，接收端收到FIN包，发送ACK给发送端，接收端进入到CLOSE_WAIT状态。
第三次挥手，接收端发送一个FIN包，用来关闭到发送端的数据传送，接收端进入LAST_ACK状态。
第四次挥手，发送端收到FIN包后，进入TIME_WAIT状态，并发送一个ACK确认包给接收端，经过2MSL后，进入CLOSE状态，完成四次挥手。连接完全断开。

这一篇全是理论，看起来应该有些枯燥，如果实在看不下去，可以先跳过，先看后套接字部分，等看了套接字之后再来看这可能会就会好一些。

写在最后

个人亲身经验：我们学习的一系列Linux命令，一定要自己亲手去敲。不要只是看别人敲代码，不要只是停留在眼睛看，脑袋以为自己懂了，等你实际上手去敲会发现许许多多的这样那样的问题。毕竟“实践出真知”。

如果你觉得我写的题解还不错的，请各位王子公主移步到我的其他题解看看

数据结构与算法部分（还在更新中）：

C++ STL总结 - 基于算法竞赛（强力推荐）
动态规划——01背包问题
动态规划——完全背包问题
动态规划——多重背包问题
动态规划——分组背包问题
动态规划——最长上升子序列（LIS)
二叉树的中序遍历（三种方法）
最长回文子串
最短路算法——Dijkstra（C++实现）
最短路算法———Bellman_Ford算法（C++实现）
最短路算法———SPFA算法（C++实现）
最小生成树算法———prim算法（C++实现）
最小生成树算法———Kruskal算法（C++实现）
染色法判断二分图（C++实现）

Linux部分（还在更新中）：

Linux学习之初识Linux
Linux学习之命令行基础操作
Linux学习之基础命令（适合小白）
Linux学习之权限管理和用户管理
Linux学习之制作静态库和动态库
Linux学习之makefile
Linux学习之系统编程1（关于读写系统函数）
Linux学习之系统编程2（关于进程及其相关的函数）
Linux学习之系统编程3（进程及wait函数）
Linux学习之系统编程4(进程间通信）
Linux学习之系统编程5(信号）
Linux学习之系统编程6(线程）
Linux学习之系统编程7(线程同步/互斥锁/信号量/条件变量）