Linux网络编程 网络基础知识

目录

1.网络的历史和协议的分成

2.网络互联促成了TCP/IP协议的产生

3.网络的体系结构

4.TCP/IP协议族体系

5.网络各层的协议解释

6.网络的封包和拆包

7.网络预备知识     


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

TCP协议分成了两个不同的协议:

  • 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
应用层Relnet,FTP,HTTP,DNS,SMTP等
传输层TCP和UDP
网络层IP,ICMP和IGMP,端到端传输
网络接口和物理层以太网,令牌环网,FDDI,wifi,gps/2G/3G/4G,驱动(屏蔽硬件差异)

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

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