Linux 网络基础概念

news2024/11/14 15:54:53

文章目录

  • 一、初始协议
    • 1、理解
    • 2、协议分层
    • 3、软件分层
    • 4、OSI七层模型
    • 5、TCP/IP五层模型
  • 二、再识协议
    • 1、为什么要有TCP/IP协议
    • 2、什么是TCP/IP协议
    • 3、TCP/IP协议与操作系统的关系(宏观上,怎么实现的)
  • 三、网络传输基本流程
    • 1、mac地址
    • 2、TCP/IP协议通信的过程
      • 网络协议的共性:
    • 3、认识IP地址
      • IP地址 vs Mac地址
      • 网络通信的宏观路径
  • 四、Socket编程
    • 1、理解IP和Mac
    • 2、端口号Port
      • 进程已经有了唯一标识的Pid,为什么还要用端口号来进行唯一标识进程呢?
    • 3、传输层代表
      • (1)、认识TCP协议
      • (2)、认识UDP协议
    • 4、网络字节序
    • 5、socket编程接口
      • (1)Udp
        • 创建套接字socket
        • 绑定端口bind
        • 接收消息recvfrom
        • 发送消息sendto
      • (2)Tcp
          • 开始监听 socket (TCP, 服务器)listen
          • 接收请求 (TCP, 服务器)accept
          • 建立连接 (TCP, 客户端)connet
      • (3)**socketaddr结构**

一、初始协议

1、理解

  • 协议是一种约定。(二进制)

举例子:打电话约定电话铃响的次数(响一声是…、响两声是…)

  • 不过光是这样是不够的,还需要更加细致的规定。(语言)

举例子:同样是1 + 1 = 2, 在不同的国家之间,因为语言的不同,表达方式可能不同。

定协议的人和实现的人可能是两批人。

2、协议分层

协议本身也是软件,是层状结构

3、软件分层

分层可以实现解耦合,让软件的成本更低。

4、OSI七层模型

会话层、表示层、应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

5、TCP/IP五层模型

应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

二、再识协议

1、为什么要有TCP/IP协议

本质就是通信主机的距离变远了。

2、什么是TCP/IP协议

TCP(传输层)IP(网络层)

计算机内部都是存在协议的。

TCP/IP是一种解决方案。

TCP/IP协议能分层是因为问题的本身就是分层的。

3、TCP/IP协议与操作系统的关系(宏观上,怎么实现的)

网络协议栈必须相同

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所谓协议, 就是通信双方都认识的结构化的数据类型。

因为协议栈是分层的, 所以, 每层都有双方都有协议, 同层之间, 互相可以认识对方的协议。

三、网络传输基本流程

1、mac地址

唯一标识主机:mac地址。

  • mac地址用来标识数据链路层中相连的节点。

  • mac地址在网卡出厂的时候就确认了,不能修改,mac地址通常是唯一。

  • 在以太网中,任何时刻,只允许一台机器向网络中发送数据。

    如果有多态同时发送,会发生数据干扰,我们成为数据碰撞。

    所有发送数据的主机要继承碰撞检测和碰撞检测。

    在没有交换机的情况下,一个以太网就是一个局域网。

    局域网通信的过程中, 主机对收到的报文确认是否是发给自己的, 是通过目标mac 地址判定。

2、TCP/IP协议通信的过程

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  • 报文 = 报头 + 有效载荷。—> 栈结构
  • 数据在网络中发送的时候,一定最终要在硬件上跑。

网络协议的共性:

1、报头和有效载荷分离的问题 — 解包

2、除了应用层,每一层协议,都必须解决一个问题,自己的有效载荷,应该要交给上层的哪一种协议 — 分用。

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3、认识IP地址

  • IP地址是在IP协议中,用来标识不同主机的地址。(IPv4,32位,4字节的整数)
  • IP地址用点分十进制表示。
  • 网络层(就是IP层)向上(包括网络层)看到的所有的报文都是一样的,都至少是IP报文。
  • IP可以屏蔽底层网络的差异!
  • 所有的网络都是IP网络。

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IP地址 vs Mac地址

IP地址是报文的目的地。

Mac地址是报文的途径地。

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网络通信的宏观路径

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四、Socket编程

1、理解IP和Mac

Mac地址只在局域网内有效,标识局域网中主机的唯一性。

IP在网络中,用来标识主机的唯一性。

数据传输到主机不是目的,而是手段。到达主机内部,再交给主机内的进程才是目的。

传输层协议(TCP、UDP)中源端口、目的端口,描述数据是谁发的,要发给谁。

2、端口号Port

  • 端口号是一个2字节,16位的整数。用来表示一个主机内部的唯一进程
  • IP + Port = 网络中唯一的进程!
  • 网络通信的本质就是进程间通信。
  • 服务端启动的时候,就一定要和一个port关联起来。

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进程已经有了唯一标识的Pid,为什么还要用端口号来进行唯一标识进程呢?

为了保证系统和网络进行解耦!当底层pid部分发生更改了,也不影响网络通信。

  • 同主机内部:两个进程通信,要看到同一个资源,进程具有独立性。
  • 不同主机内部:两个进程通信,看到同一个资源(网络),进程具有独立性。

进程都有pid,但是不是所有的进程都需要网络通信,只有需要网络通信的进程才会有端口号。

3、传输层代表

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(1)、认识TCP协议

特点:

  • 传输层协议
  • 有连接
  • 可靠传输
  • 面向字节流

(2)、认识UDP协议

特点:

  • 传输层协议
  • 无连接
  • 不可靠传输
  • 面向数据报

4、网络字节序

都知道计算机有大小端之分,那如何保证大小端之间的计算机之间能进行正常通信呢?

规定在网络中传输的数据以大端形式发送。

小端存储:小小小(小端存储、低地址、低字节)

大端存储:大大小(大端存储、高地址、低字节)

#include <arpa/inet.h>
// h--->host:本主机
// n--->net:网络
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // 将hostlong的32位无符号整数转化为网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 将netlong的32位无符号整数转化为主机字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 将hostshort的16位无符号整数转化为网络字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 将netshort的16位无符号整数转化为主机字节序

5、socket编程接口

(1)Udp

创建套接字socket
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

image-20240910112445994

绑定端口bind
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
 socklen_t addrlen);
// 返回值:成功返回0, 失败返回-1,设置errno
---------------------------------------------
#include <netinet/in.h>

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; // 地址族,通常是 AF_INET
    uint16_t       sin_port;   // 端口号
    struct in_addr sin_addr;   // IP 地址
};

struct in_addr {
    uint32_t s_addr; // IP 地址
};

// 填充sockaddr
struct sockaddr_in local;
memset(&local, 0, sizeof(local));//先置空
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htos(_localport);
//local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_localip.c_str())// 需要4字节IP,需要网络序列的IP,不建议
inet_pton(AF_INET, _localip.c_str(), &local.in_addr); // 建议
// 将字符串IP地址转化为网络字节序
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
// 将网络字节序IP地址转化成字符串
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

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接收消息recvfrom
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

image-20240910114013544

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

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(2)Tcp

socket,bind和Udp同理。

开始监听 socket (TCP, 服务器)listen
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int socket, int backlog);
// 这个backlog我设置为8
// 成功返回0,失败返回-1且错误码被设置

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接收请求 (TCP, 服务器)accept
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

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建立连接 (TCP, 客户端)connet
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

image-20240910115417388

(3)socketaddr结构

为了使用同意一套接口既能实现网络通信又能实现本主机通信,所以设计了一个socketaddr结构体,接口中使用socketaddr,但是传的是struct sockaddr_in、struct sockaddr_un。—这种结构,也就是C语言版的多态。

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谢谢大家!

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