《Unix/Linux系统编程》第13章学习笔记

第13章 TCP/IP和网络编程

TCP/IP协议

TCP/IP是互联网的基础，TCP代表传输控制协议，IP代表互联网协议。目前有IPv4（32位地址）和IPv6（128位地址），目前IPv4使用最多 。TCP/IP的四层结构如下：

TCP/IP网络中的数据流路径如下图：

1.1 IP主机和IP地址

主机是支持TCP/IP协议的计算机或设备，每个主机由一个32位的IP地址*来标识。主机也可以用主机名**来表示，应用程序通常使用主机名而不是IP地址。
IP地址分为两部分，NetworkID字段和HostID字段。IP地址分为A~E类，分类规则如下图：

本地主机的链路层是一个回送虚拟设备，它将每个数据包路由回同一个localhost，这样就可以在同一台计算机上运行TCP/IP应用程序，而不需要实际链接到互联网。

1.2 IP协议

用于在IP主机之间发送/接受数据包。IP主机只向接收主机发送数据包，但它不能保证数据包会被发送到它们的目的地，也不能保证按顺序发送。这意味着IP并非可靠的协议，必要时，必须在IP层的上面实现可靠性。

1.3 IP数据包格式

IP数据包由IP头、发送方IP地址和接收方IP地址以及数据组成。每个IP数据包的大小最大为64KB，IP头包含有关数据包的更多信息。

1.4 路由器

IP主机之间可能相距很远，通常不可能从一个主机直接向另一个主机发送数据包，路由器是接受和转发数据包的特殊IP主机。如果有的话，一个IP数据包可能回应过许多路由器，或者跳跃到达某个目的地。
每个IP包在IP报头都有一个8位的生存时间（TTL）计数，最大值为255，每个路由器上，TTL会减小1，如果减到0还没有到达目的地，则会直接丢弃，可以防止数据包在IP网络中无限循环。

1.5 UDP和TCP

UDP（用户数据报协议）：在IP上运行，用于发送/接受数据报，不能保证可靠性，但快速高效。
用户可使用ping命令探测目标主机。
TCP（传输控制协议）：是一种面向连接的协议，用于发送/接受数据流，也可在IP上运行，它能保证可靠的数据传输。

1.6 端口编号

多个应用程序（进程）可同时使用TCP/UDP，每个应用程序由三个组成部分唯一标识：应用程序=（主机IP，协议，端口号）

25端口：简单邮件传输服务器（SMTP）
80端口：万维网服务器（HTTP）
20、21端口：文件传输服务器（控制连接）（FTP）

1.7 网络和主机字节序

计算机可以使用大端字节序，也可以使用小端字节序。大端机器上，据始终按网络序排列；小端机器上，可在主机序和网络序之间转换数据。

1.8 TCP/IP网络中的数据流

网络编程

2.1网络编程平台

（1）服务器上的用户账户
（2）单独PC或笔记本电脑

2.2服务器-客户机计算模型

在服务器-客户机计算模型中，我们首先在服务器主机上运行服务器进程，然后从客户机主机运行客户机，在UDP中，服务器等待来自客户机的数据报，处理数据包并生成对客户及的响应。在TCP中，服务器等待客户机连接，客户机首先连接到服务器，在客户机和服务器之间建立一个虚拟电路，建立连接后，服务器和客户机可以交换连续的数据流。

2.3套接字编程

在网络编程中，TCP/IP的用户界面是通过一系列C语言库函数和系统调用来实现的，这些函数和系统调用被称为套接字API。
（1）套接字地址
（2）套接字API

int套接字
int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)
UDP套接字
TCP套接字
send()/read()以及recv()/write()

一、苏格拉底挑战及截图

二、问题解决与思路截图

三、实践过程截图