08,网络

七层网络模型：
为了数据完整，安全地在网络中传递，ISO将数据的传递从逻辑上划分以下七层；

1.应用层：主要用于将数据交给应用程序
2.表示层：主要用于按照统一的格式进行数据封装等；
3.会话层：主要用于控制对话的建立，关闭等操作；
4.传输层：主要用于数据的检查和重新排序；
5.网络层：主要用于选择具体网络协议再次封装和发送等；
6.数据链路层：主要用于将数据转换成高低电平信号等；
7.物理层：主要指交换机等网络设备；


常用的网络协议：
1.tcp协议 传输控制协议，是一种面向链接的协议，类似打电话
2.udp协议 用户数据报协议，是一种非面向对象链接协议，类似写信
3.ip协议 互联网协议，是上述两种协议的底层协议



***IP地址和子网掩码***

1>IP地址：互联网中唯一地址标识，其本质上就是一个由32位二进制组成的整数(ipv4)；
也有128位二进制组成的整数(ipv6)

日常生活中采用点分十进制表示法来描述IP地址；
也就是将每一个字节的二进制转换成一个十进制的整数，不同的整数之间采用小数点分隔；


为里便于IP地址的管理，将IP地址分为网络地址和主机地址两部分；
根据IP地址中网络地址和主机地址的位数不同分为四类：

A类：0 + 7为网络地址 + 24位主机地址
B类：10 + 14位网络地址 + 16位主机地址
C类：110 + 21位网络地址 + 8位主机地址
D类：1110 + 28位多播地址

查看ip地址的指令：ifconfig /sbin/ifconfig


子网掩码：
主要用于划分IP地址中的网络地址和主机地址，以判断两个IP地址是否在同一个子网中；
具体划分如下：
IP地址 & 子网掩码 = 网络地址 + 主机地址


端口号和字节序

IP地址：定位到具体的某一台主机/设备

端口号：定位到主机上的具体某个进程；网络编程中需要提供：IP地址 + 端口号

端口号本质上是unsigned short类型；范围 0 ~ 65535,其中0 ~ 1024被系统占用；
因此编程从1025开始使用


字节序：

低端系统：主要指将低位数据存放在低位内存地址的系统
高端系统：主要指将低位数据存放在高位内存地址的系统

比如：0x12345678

低端系统存放：0x78 0x56 0x34 0x12
高端系统存放：0x12 0x34 0x56 0x78

一般性原则：
一般来说，对于所有发送到网络中的多字节整数来说，先转换为网络字节序再发送；
而对于所有从网络中接受过来的多字节整数来说，需要先转换为主机字节序再解析，
而网络字节序本质上就是大端系统的字节序；





***基于sockt一对一通讯模型***

通信模型

主机A：
1.创建sockt，使用sockt函数；
2.准备通信地址，使用结构体类型；
3.绑定socket和通信地址，使用bind函数；
4.进行通讯，使用read/write函数；
5.关闭sockt，使用close函数；


主机B：
1.创建sockt，使用sockt函数；
2.准备通信地址，使用主机A的地址；
3.绑定socket和通信地址，使用connect函数；
4.进行通讯，使用read/write函数；
5.关闭sockt，使用close函数；



****************************************************
socket相关函数解析：

#include
#include

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

第一个参数：决定了本地通讯还是网络通信
AF_LOCAL/AF_UNIX： 表示实现本地通讯
AF_INET： 表示实现基于ipv4的网络通讯
AF_INET6： 表示实现基于ipv6的网络通讯

第二个参数：具体的通讯类型；决定了具体的通讯协议
SOCK_STREAM：基于tcp协议的通讯方式
SOCK_DGRAM： 基于udp协议的通讯方式
SOCK_RAW： 基于ip协议的通讯方式

第三个参数：具体的特殊协议；通常不使用，赋值0即可

返回值：成功返回文件描述符；失败返回-1；

函数功能：主要用于创建用于交流/通信的端点；



***通信地址的常用数据类型***

struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}

该数据类型主要用于函数的形参，基本不会定义结构体变量去使用；


#include
struct sockaddr_un{

sa_family_t sun_family; 协议族，和socket函数的第一个参数保持一致即可；
char sun_path[]; socket文件的路径名称；

};

主要用于实现本地通信；



#include
struct sockaddr_in{

sa_family_t sin_family; 协议族，AF——INET
int_port_t sin_port; 端口号
struct in_addr sin_addr; ip地址
};

struct in_addr{

int_addr_t s_addr; 整数类型的ip地址

};

主要用于网络通讯；






#include /* See NOTES */
#include

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

第一个参数：socket文件描述符；
第二个参数：结构体指针，用于指定通信地址，需要进行类型转换
第三个参数：通讯地址的大小，使用sizeof计算

函数功能：主要用于socket和指定通信地址；
返回值：成功返回0；失败返回-1；


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

函数功能：
主要用于建立socket到通信地址的连接，参数和返回值参考bind函数即可；






******字节序转换函数******
#include
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);

将主机字节序转换成网络字节序

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

将网络字节序转换成主机字节序





******ip地址转换函数******
#include
#include
#include

in_addr_t inet_addr(const char *cp);
将字符串ip地址转换成int类型的ip地址


char *inet_ntoa(struct in_addr in);
将结构体类型的ip地址转换为字符串类型的ip地址







******tcp协议的网络通信******
通信模型：

1.服务器：servers
1.创建socket，使用socket函数
2.准备通讯地址，使用结构体函数；
3.绑定socket和通讯地址，使用bind函数；
4.监听，使用listen函数；
5.响应客户端的链接请求，使用accept函数；
6.进行通讯，使用send/recv函数；
7.关闭socket，使用close函数；

2.客户端：client
1.创建socket，使用socket函数；
2.准备通信地址，使用服务器的地址；
3.链接socket和通讯地址，使用connect函数；
4.进行通信，使用send/recv函数；
5.关闭socket，使用close函数；



#include
#include

int listen(int sockfd, int backlog);

第一个参数：socket描述符；
第二个参数：指定悬而未决链接请求队列的最大长度，该队列为满时，
有客户端发来链接请求，则会被拒绝；

函数功能：主要用于将参数sockfd指定的socket标记为被动的socket；
也就是原来的socket是可以用于通信的，但是标记为被动的socket之后，
专门用来响应即将到来的链接请求，不再用于通信；

返回值：成功返回0；失败返回-1；


#include
#include

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

第一个参数：socket描述符；
第二个参数：结构体指针，用于带出客户端的通讯地址；
第三个参数：结构体指针，用于带出通讯地址的大小；

函数功能：
主要用于响应指定socket上面的一个链接请求；
该函数会提取悬而未决链接请求队列中的第一个链接请求响应，响应的方式就是再创建一个链接好的socket进行通信；

返回值：成功返回可以通信的socket的描述符；失败返回-1；





#include
#include

ssize_t send(int sockfd,const void *buf,size_t len,int flags/*0*/);

返回值：成功返回发送数据的大小；失败返回-1；
函数功能：主要用于向指定的socket发送数据内容；



#include
#include

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags/*0*/);

返回值：成功返回实际接收数据的大小；失败返回-1；
函数功能：主要用于接收指定的socket中的数据；





******************TCP和UDP协议的比较**********************

1.tcp协议的基本概念和特性

tcp：传输控制协议，是一种面向链接的协议；

建立链接===>进行通讯===>断开链接

在通讯的整个过程中全程保持链接；
保证了数据传输的可靠性和有效性；
数据的接收方会实时通知数据的发送方可以接收的数据大小，
以避免发送方发送数据过多而带来的溢出问题；
是一种全双工的字节流通信方式；



2.udp协议的基本概念和特性

udp：用户数据报协议，一种非面向链接协议；

在通信的整个过程中不许要全程保持链接；
不保证数据传输的可靠性和有序性；
是一种全双工的数据报通信方式；
发送数据的效率比较高；







******************TCP和UDP协议的比较**********************

基于udp协议的网络通信模型

1.通信模型：

服务器：
1.创建socket，使用socket函数
2.准备通信地址，使用结构体类型；
3.绑定socket和通信地址，使用bind函数；
4.进行通信，使用send/sendto/recv/recvfrom函数；
5.关闭socket，使用close函数；

客户端：
1.创建socket，使用socket函数；
2.准备通信地址，使用服务器的地址；
3.进行通信，使用send/sendto/recv/recvfrom函数；
4.关闭socket，使用close函数；




#include
#include

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

第五个参数：指定收件人通信地址；
第六个参数：指定收件人通信地址大小；

返回值：成功返回发送内容的大小；失败返回-1；


#include
#include

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

第五个参数：指定发件人通信地址；
第六个参数：指定发件人通信地址大小；

返回值：成功返回接收内容的大小；失败返回-1；