Linux下的网络编程

一、目的

不同主机，进程间通信。

二、解决的问题

1. 主机与主机之间物理层面必须互联互通。
2. 进程与进程在软件层面必须互联互通。

物理层面的互联互通流程图如下：

其中：

IP地址：计算机的软件地址，用来标识计算机设备
MAC地址：计算机的硬件地址（固定）
网络的端口号：标记同一主机上的不同网络进程

交换机：实现局域网内通信
路由器：负责数据的路径规划
广域网：实现远距离传输

三、网络协议

网络协议是网络通信的标准。

1、OSI 七层模型

OSI 七层模型：开放系统互联模型（open system interconnect）是不同体系结构设备间，网络通信的通信标准。
应用层：要传输的数据信息，如文件传输，电子邮件等
表示层：数据加密、解密操作，压缩，解压缩
会话层：建立数据传输通道, --->一个会话
传输层：传输的方式 UDP TCP 端口号
网络层：实现数据路由，路径规划路由器 ip
数据链路层：封装成帧，点对点通信（局域网内通信），差错检测交换机 ARP
物理层：定义物理设备标准、电气特性，比如网线，光纤等传输介质比特流 bit 0 1

2、TCP/IP 模型

TCP/IP 模型分为五层和四层两种。每所表示的与 OSI 七层模型内容一致，只是将七层的 “ 应用层、表示层、会话层 ” 合并之后表示五层和四层的应用层，将五层的 “ 数据链路层、物理层 ” 合并表示四层中的网络接口层。

五层结构及举例说明：

应用层：	HTTP：超文本传输协议 HTTPS:超文本传输协议（SSL加密算法） FTP：文件传输协议（TCP） TFTP：简单文件传输协议（UDP） MQTT：消息队列遥测传输（物联网协议） DNS：域名解析服务（www.baidu.com---》IP地址）
传输层：	TCP ：传输控制协议 UDP：用户数据报协议
网络层：	IP协议: IPv4: IPv6:
数据链路层：	ARP : 地址解析协议
物理层：

四、IP 协议

1、概念

IP 协议位于网络层，有 IPv4 (32位) 和 IPv6 (128位) 两种，以IPv4 为主展开学习。
192.168.1.140 (用户表示形式) 点分十进制
11000000 10101000 00000000 01000011 (计算机存储形式) 32bits
在 192.168.0.121/24 中，24表示网络位的位数

2、IPv4 的地址

IPv4 的 IP地址 = 网络位 + 主机位
网络位:该IP地址位于哪个网段(局域网)内
主机位:这个网段(局域网)第几台主机

3、子网掩码

功能：用来区分IP地址的网络位和主机位，搭配IP地址使用。
规则：子网掩码是1的部分对应IP地址的网络位
是0的部分对应IP地址的主机位

例如：子网掩码如：255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000

4、网段号

规则：IP地址网络位不变,主机位全为0,则为该IP地址的网段号
例如：IP地址：192.168.1.3
子网掩码：255.255.0.0
网段号：192.168.0.0
网段内的IP能直接通信

5、广播号

规则：IP地址网络位不变,主机位全为1,则为该IP地址的广播号
例如：IP地址：192.168.1.3
子网掩码：255.255.255.0
广播号：192.168.1.255

向广播号发送信息,所有局域网内IP都能收到此信息
feiQ VNC
192.168.1.255
网关地址：
192.168.1.1

6、IP地址的划分:

1)A类地址:
范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255
子网掩码:255.0.0.0 范围：126*2^24
用于管理大规模网络
私有IP地址:10.0.0.0 - 10.255.255.255
127.0.0.0 回环地址

2)B类地址:
范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255
子网掩码:255.255.0.0 范围： 2^16
管理大中规模网络
私有IP地址:172.16.0.0 - 172.31.255.255

3)C类地址:
范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255
子网掩码:255.255.255.0 范围：2^8
管理中小规模网络
私有IP地址:192.168.0.0 - 192.168.255.255

4)D类地址:
224.0.0.0 - 239.255.255.255
组播和广播使用

5)E类地址:
240.0.0.0 - 255.255.255.254
用来进行实验

7、公有IP 和私有IP

公有IP：由电信公司直接分配，并需要付费的IP地址，可以直接访问internet
私有IP：不能直接访问internet的ip地址
节省ip地址

五、网络端口号

1、概念

端口号：16位的整形数据（unsigned short）0-65535
端口号功能：标记同一主机上的不同网络进程

3、数据包的封装和解封过程

六、网络配置

1. ping ip地址/域名

查看当前主机和IP/域名所对应的这台主机网络是否联通
例如，ping www.baidu.com

2. ifconfig

ifconfig 在Linux查看当前主机的IP地址
ipconfig 在Windows上查看当前主机的IP地址

3. 网络配置

1）虚拟机-->设置-->网络适配器-->桥接模式
2）编辑-->虚拟网络编辑器-->更改设置-->VMnet0-->桥接至-->当前PC正在上网的网卡上-->应用-->确定
3）修改网络配置文件
输入指令：sudo vim /etc/network/interfaces
将内容更改为：
auto lo
iface lo inet loopback
auto ens33
iface ens33 inet dhcp
4）重启网络服务
输入指令：sudo /etc/init.d/networking restart
5) 测试
输入指令：ping www.baidu.com

七、网络协议 UDP

UDP 位于传输层，用户数据报协议(User Datagram Protocol)。

1、网络编程模型

1）B/S模型

browser/server（浏览器/服务器）
（1）客户端是通用的客户端（浏览器）
（2）一般只做服务器开发
（3）客户端要加载的数据均来自服务器

2）C/S模型

client/server（客户端/服务端）
（1）客户端是一个专用的客户端
（2）服务器和客户端都需开发
（3）客户端可保存资源，本地加载，无需所有数据都请求服务器

2、UDP编程流程

套接字：文件描述符
网络通信时，应用层可操作的端口。

3、相关函数接口

1）socket() 函数

int socket(int domain, int type, int protocol);

功能：创建通信的套接字
参数：
domain：网络层使用什么协议族
AF_INET：IPv4
AF_INET6：IPv6
ype：规定传输层的协议
SOCK_DGRAM ： UDP协议
SOCK_STREAM：TCP协议
SOCK_RAW ：原始套接字
protocol：0 按照默认协议方式创建
返回值：
成功：套接字
失败：-1

2）sendto() 函数

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

功能：向网络套接字发送数据
参数：
sockfd：套接字
buf：要发送的数据的首地址
len：要发送的字节数
flags： 0：按照默认方式发送
dest_addr：接收方的地址信息（IP+端口号）
addrlen：接收方地址的大小

返回值：
成功：实际发送的字节数
失败：-1

其中，IPv4 的地址信息存放在 struct sockaddr_in 中：

可使用 “ man 7 ip ” 指令查看程序员手册

struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};