一、源IP和目的IP

如果我们的台式机或者笔记本没有IP地址就无法上网，而因为每台主机都有IP地址，所以注定了数据从一台主机传输到另一台主机一定有源IP和目的IP。
所以在报头中就会包含源IP和目的IP。

而我们把数据从一台主机传递到另一台主机并不是目的，真正通信的其实是应用层上的软件。

而我们知道应用层可不止一个软件。

那么我们现在就有了问题：
既然有了公网IP标识了一台唯一的主机，那么数据就可以由一台主机传递到另一台主机。但是有这么多的软件（进程），怎么保证软件A发送的被软件B接收呢？
换句话说：用什么来标识主机上的进程的唯一性呢？

二、端口号port

为了更好的表示一台主机上服务进程的唯一性，规定用端口号port标识服务进程、客户端进程的唯一性。

端口号：

1️⃣ 端口号是一个2字节16位的整数
2️⃣ 端口号用来标识一个进程，告诉操作系统要把数据交给哪一个进程
3️⃣ 一个端口号只能被一个进程占用（同一个主机）

由上面可以知道：
IP地址（标识唯一主机）+ 端口号（标识唯一进程）能够标识网络上的某一台主机的某一个进程（全网唯一进程）。

那么网络通信的本质就是进程间通信。
而我们之前说过进程间通信的本质是看到同一份资源，现在这个资源就是网络。
而通信的本质就是IO，因为我们上网的行为就两种情况：1.把数据发送出去 2.接收到数据。

这里再思考一个问题，我们标识一个进程有pid，那么为什么还需要端口号呢？

1️⃣ 首先pid是系统规定的，而port是网络规定的，这样就可以把系统和网络解耦。
2️⃣ port标识服务器的唯一性不能做任何改变，要让客户端能找到服务器，就像110，120样不能被改变。而pid每次启动进程pid就会改变。
3️⃣ 不是所有的进程都需要提供网络服务或请求（不需要port），但每个进程都需要pid。

虽然一个端口号只能绑定一个进程，但是一个进程可以绑定多个端口号。

上面我们说了IP有源IP和目的IP，而这里的port也有源端口号和目的端口号。我们在发送数据的时候也要把自己的IP和端口号发送过去，因为数据还要被发送回来。所以发送数据的时候一定会多出一部分数据（以协议的形式呈现）。

有人可能会问那么第一次怎么知道给哪个IP和port发送，这个不用担心，因为服务器内部已经内置好了。

三、TCP/UDP协议

我们用的套接字接口一定会使用传输层协议，我们不会绕过传输层去调用下面的协议。

而传输层的协议分为TCP协议和UDP协议。

对于TCP协议有几个特点：

1️⃣ 传输层协议
2️⃣ 有连接（正式通信前要先建立连接）
3️⃣ 可靠传输（在内部帮我们做可靠传输工作）
4️⃣ 面向字节流

对于UDP协议有几个特点：

1️⃣ 传输层协议
2️⃣ 无连接
3️⃣ 不可靠传输
4️⃣ 面向数据报

可靠和不可靠传输：
不可靠传输：比如说发送数据时出现了丢包的情况、或者数据被重复传递了（传递了多份）、或者网络出现了问题等等造成的后果就叫做不可靠。

所以传输层就是用来解决可靠性的一个协议。

但是为什么UDP不可靠传输我们还要有这个协调呢？
这里要注意可不可靠是一个中性词。可靠是需要成本的，往往在维护和编码上都比较复杂；
而不可靠没有成本，使用起来也简单。
所以要分场景使用。

3.1 网络字节流

我们知道多字节数据存储的时候会有大小端问题。
小端：低权值的数放入低地址。
大端：低权值的数放入高地址。

所以现在就出现了这么一种情况：可能一个大端机用大端的方式发送数据到一个小端机。
现在跨网络我们也不知道数据到底是大端和小端。

所以就有了规定：
网络中的数据都是大端。

发送数据的主机如果是大端机就不用管，如果是小端机就把小端转成大端再发送。
接收数据同理。

那么如何定义网络数据流的地址呢？

发送主机把发送缓冲区的数据按内存的地址从低到高进行发送。
接收主机把接收缓冲区的数据按内存的地址从低到高进行接收。
也就是先发送的数据是低地址，后发送的数据是高地址。
TCP/IP协议规定,网络数据流应采用大端字节序,即低地址高字节，不管这台主机是大端机还是小端机, 都会按照这个TCP/IP规定的网络字节序来发送/接收数据，如果当前发送主机是小端, 就需要先将数据转成大端; 否则就忽略, 直接发送即可。

而把数据转化成大端的工作不用我们自己来做，可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换。

#include <arpa/inet.h>
// 主机序列转网络序列
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
// 网络序列转主机序列
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

h表示host,n表示network,l表示32位长整数,s表示16位短整数。
主机是大端还是小端在函数内部会自己进行判断。
如果主机是小端字节序,这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回。
如果主机是大端字节序,这些 函数不做转换,将参数原封不动地返回。

四、socket套接字

前面我们说过IP+端口号port标识了全网唯一的进程，我们把IP+port就叫做套接字socket

4.1 socket常见接口

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器)
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,
socklen_t address_len);
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,
socklen_t* address_len);
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);

可以发现函数参数里面有个叫sockaddr的结构体类型，这是什么呢？

4.2 sockaddr结构体

其实套接字有不少种类型。
常见的有三种：

网络套接字
原始套接字
域间套接字

网络套接字主要运用于跨主机之间的通信，也能支持本地通信，而域间套接字只能在本地通信。而原始套接字可以跨过传输层（TCP/IP协议）访问底层的数据。

这些套接字应用场景完全不同，所以我们想用就得用三套不同的接口。
而为了方便，设计者只使用了一套接口，就可以通过不同的参数，解决所有的通信场景。

这里举两个具体的套接字类型：sockaddr_in与sockaddr_un

struct sockaddr_in {
    short int sin_family;           // 地址族，一般为AF_INET
    unsigned short int sin_port;    // 端口号，网络字节序
    struct in_addr sin_addr;        // IP地址
    unsigned char sin_zero[8];      // 用于填充，使sizeof(sockaddr_in)等于16
};

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family;       /* AF_UNIX */
    char sun_path[108];    /* 带有路径的文件名 */
};

可以看到sockaddr_in和sockaddr_un是两个不同的通信场景。区分它们就用16地址类型协议家族的标识符。 我们两个结构体都不用，用sockaddr。

比方说我们想用网络通信，虽然参数是const struct sockaddr *addr，但实际传递进去的却是sockaddr_in结构体（注意要强制类型转换）。
在函数内部一视同仁，全部看成sockaddr类型，然后根据前两个字节判断到底是什么通信类型然后再强转回去。

我们可以把sockaddr看成基类，把sockaddr_in和sockaddr_un看成派生类，构成了多态体系。

五、总结

1️⃣ IP+port可以标志全网唯一进程。
2️⃣ 套接字是一种通信机制（通信的两方的一种约定），而套接字的表示形式：IP+port。
3️⃣ TCP和UDP的主要区别就是可靠传输和不可靠传输，而可不可靠是中性词。
4️⃣ 网络字节序列简单粗暴的规定为大端。
5️⃣ sockaddr用统一的接口方式来解决网络通信的大部分问题。

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