[网络协议]网络以及通信

网络

网络模型有哪两类？答：OSI、 TCP/IP

OSI有哪七层？答：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

端口号的作用？答：区别不同服务

TCP建立与关闭连接分别几次握手？答：3次 4次

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总结

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OSI模型

七层结构简介

应用OSI 模型

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帧规范

一种典型的Ethernet帧

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一种典型的Token Ring

传输控制协议/网际协议

TCP/IP模型和OSI的比较

相同点

1. 两者都是以协议栈的概念为基础
2. 协议栈中的协议彼此相互独立
3. 下层对上层提供服务

不同点

1. OSI是先有模型； TCP/IP是先有协议，后有模型
2. OSI适用于各种协议栈； TCP/IP只适用于TCP/IP网络
3. 层次数量不同

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TCP/IP核心协议

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IP协议

1. 网际协议（IP）属于TCP/IP模型和互连网层，提供关于数据应如何传输以及传输到何处的信息。
2. IP是一种使TCP/IP可用于网络连接的子协议，即TCP/IP可跨越多个局域网段或通过路由器跨越多种类型的网络。
3. 数据帧的I P部分被称为一个IP数据报， IP数据报如同数据的封面，包含了路由器在子网中传输数据所必需的信息。

IP数据包

传输控制协议（ TCP）协议

1. 属于TCP/IP协议群中的传输层，提供可靠的数据传输服务。
2. TCP是一种面向连接的子协议，意味着在该协议准备发送数据时，通信节点之间必须建立起一个连接。
3. TCP协议位于IP子协议的上层，通过提供校验和、流控制及序列信息弥补I P协议可靠性的缺陷。
4. 另一方面， T C P包括了可保证数据可靠性的几个组件。是一种可靠的、面向连接的、字节流协议。
5. TCP提供的可靠性是利用一种称为“重传肯定确认”机制来实现的。

TCP数据包

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在传输数据之前，建立对话的两个端点之间交换称为握手的控制信息。

1. TCP通过在段头第4个字的标志字段中设置相应的位来表示一个段的控制功能。
2. TCP有三个段要交换，故称为“三段试握手”。
3. 当协作双方的模块结束数据传输时，它们就利用包含“无数据发送（FIN）”位的段来交换三段试握手信息，以关闭连接。

UDP （用户数据报协议）

1. UDP是一种无连接的传输服务，它不保证数据包以正确的序列被接收
2. 实际上根本不保证数据包的接收，而且，它不提供错误校验或序列编号。
3. UDP报头仅包含了四个域：源端口、目标端口、长度和校验和。

TCP和UDP的区别

1. TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务
2. UDP是无连接的、不可靠的数据协议报

字节序（大小端）

大端字节序： 低位存在高地址， 高位存在低地址

小端字节序:? 低位存在低地址， 高位存在高地址

判断字节序

static int isBigEndian()

{

uint32_t thisx = 0x01020304;

uint8_t *thisp = (uint8_t *)&thisx;

return (*thisp == 1) ? 1 : 0;

}

int main(int argc, char **argv)

{

printf("Byte order: %s Endian\n", isBigEndian() ?"Big" :"Little");

return 0;

}

网络基础知识

本机端口号和网络端口相互转换

uint16_t htons(uint16_t hostshort);//本机 ---->网络

uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 网络 --->本机

????????????? //htonl为32位机

点分十进制IP 地址 和 网络地址相互转换

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

函数功能： 将点分十进制地址? 转成网络地址

参数说明:

af：? 地址族?

IPV4:? AF_INET

IPV6:? AF_INET6

src:? ip地址内存的起始地址

dst:?? 存放网络地址内存的起始地址

const char *inet_ntop(int af, const void *src,

???????????????????????????? char *dst, socklen_t size);

函数功能：将网络地址 转成点分十进制地址 （字符串存储）

参数说明:

af：? 地址族

src：? 网络地址内存起始地址

dst:? 存放点分十进制地址内存的起始地址

size : 内存的大小

例：inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);

地址族结构体：?

通过该结构体打包IP和端口号

原始结构体类型（已经不使用！）:

struct sockaddr

{

?????? sa_family_t sa_family;??? /* 地址族 */

?????? char???? sa_data[14];??? /* 地址值，实际可能更长 */

};

改进后的结构体：

struct in_addr

{

?????? in_addr_t s_addr;

};

struct sockaddr_in

{

?????? uint16_t? sin_family;? //地址族? IPv4:? AF_INET

?????? uint16_t?? sin_port;?? // 网络字节序端口号

struct? in_addr sin_addr;? // 网络字节序的IP地址

?????? char??? sin_zero[8];

};

例：struct sockaddr_in? seraddr;

?????? int addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);

?????? seraddr.sin_family = AF_INET;

?????? seraddr.sin_port = htons(8001);

?????? inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);

?????? ret = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&seraddr, addrlen);

TCP客户服务器编程模型

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客户端通常的调用序列是：

1. 调用socket函数创建套接字。
2. 调用connect连接服务器端。
3. 调用I/O函数(read/write)与服务器端通讯。
4. 调用close关闭套接字。

服务器端通常的调用序列为：

1. 调用socket函数创建套接字。
2. 调用bind指定本地地址和端口。
3. 调用listen启动监听。
4. 调用accept从已连接列队中提取客户连接。
5. 调用I/O函数(read/write)与客户端通讯。
6. 调用close关闭连接

server服务器端

创建监听套接字

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

参数说明：

domain :? 地址族????

???????? IPV4:? AF_INET

???????? IPV6:? AF_INET6

type :? 协议类型???

???????? SOCK_STREAM :流式协议

???????? SOCK_DGRAM? ：报文协议

protoal:? 0?

返回值: 成功返回新的套接字

失败返回-1

绑定地址和端口号

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

参数说明:

sockfd :监听文件描述符

addr? :? 打包网络字节序地址和端口号结构体变量的地址

addrlen:? 结构体的长度

返回值：成功返回0， 失败返回-1

例：bind(sockfd, (struct sockaddr*)&seraddr, addrlen);

通知内核监听套接字

int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明:

sockfd :监听文件描述符

backlog:? 设置监听队列的长度

返回值：成功返回0， 失败返回-1

listen(sockfd, 10)

等待接收客户端

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数说明:

sockfd :监听文件描述符

addr? :通用地址结构体变量地址, (保存请求连接客户端的IP + PORT)

addrlen:? 保存结构体长度变量的地址

返回值: 成功返回新的套接字， 专门和对应的客户端通讯(全双工)

失败返回-1

ps ： accept是一个阻塞函数， 如果没有客户端请求连接， 会一直阻塞等待, 一旦有客户端连接，解除阻塞，接收客户端

cfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &addrlen);

端口复用

int opt = 1;

setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

client客户端

创建监听套接字

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

参数说明：

domain :? 地址族????

????????????? IPV4:? AF_INET

????????????? IPV6:? AF_INET6

type :? 协议类型???

????????????? SOCK_STREAM :流式协议

????????????? SOCK_DGRAM? ：报文协议

protoal:? 0?

返回值: 成功返回新的套接字

失败返回-1

2、请求连接

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

参数说明:

sockfd? : 套接字

addr?? :? 存放服务器地址和端口号的地址族结构体变量地址

addrlen:? 结构体长度

返回值:? 成功返回0， 失败返回-1

例：ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&seraddr, addrlen);

select函数

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

参数说明：

nfds:? 最大文件描述符+1

readfds: 监听读集合地址

writefds: 监听写集合地址??? NULL

exceptfds: 监听异常集合地址?? NULL

timeout ： 设置超时时间??

struct timeval {

long??? tv_sec;???????? /* seconds */

long??? tv_usec;??????? /* microseconds */

};

返回值：

>0：? 返回准备好的文件描述符个数

=0:?? 超时时间到了

-1:?? 错误

例：ret = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, &tv);

辅助函数:

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);? //将fd从set集合中移除

int? FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //判断fd是否在set集合中，如果在返回真，否则返回假

void FD_SET(int fd, fd_set *set); // 将fd加入set集合中

void FD_ZERO(fd_set *set);? //? 清空set集合中的内容

epoll监听函数

创建集合空间

?? int epoll_create(int size);

参数:

size? : 指定文件描述符的个数

返回值:

成功：返回与集合关联的文件描述符

失败：? -1

2、管理集合空间中的文件描述符

??? int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

?????? 参数说明:

epfd:和集合关联的文件描述符

op :? 命令参数

????? EPOLL_CTL_ADD:? 往集合中添加文件描述符

????? EPOLL_CTL_MOD： 修改集合中文件描述符的信息

????? EPOLL_CTL_DEL:? 删除集合中指定的文件描述符

fd：? 操作的文件描述符

event：? 如果是删除操作，该参数忽略，直接传NULL

???????? 如果是添加操作， 通过该参数告诉内核监听指定文件描述符的指定时间

?typedef union epoll_data {

?????????????? void??????? *ptr;

?????????????? int????????? fd;

?????????????? uint32_t???? u32;

?????????????? uint64_t???? u64;

?????????? } epoll_data_t;

?????????? struct epoll_event {

?????????????? uint32_t???? events;????? /* Epoll events */

?????????????? epoll_data_t data;??????? /* User data variable */

?????????? };

?????????

?????????? events:??????? EPOLLIN（读事件）

3、监听集合中的文件描述符

?int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,

????????????????????? int maxevents, int timeout);

参数说明：

epfd:和集合关联的文件描述符

events:存放准备好文件描述符信息数组的起始地址

maxevents:? 数组的最大元素个数

timeout? :设置超时时间?? （以毫秒为单位的）

????????? >0? : 指定超时时间

????????????? ? =0? : 非阻塞函数

?????? ?????? ? -1? : 永久阻塞

返回值:

>0 ： 准备好的文件描述符个数

=0 :超时时间到了

-1 :出错

#endif