Linux C編程(六) 之 網絡編程 (上)

網絡協議棧

網絡基礎

• 在Linux網絡編程中，網絡協議主要分爲五層
  應用層
  傳輸層
  網絡層
  鏈路層
  物理層

• TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即傳輸控制協議/網間協議，是一個工業標準的協議集，它是爲廣域網（WANs）設計的。
  TCP/IP協議存在於OS中，網絡服務通過OS提供，在OS中增加支持TCP/IP的系統調用——Berkeley套接字，如Socket，Connect，Send，Recv等

• UDP（User Data Protocol，用戶數據報協議）是與TCP相對應的協議。它是屬於TCP/IP協議族中的一種。

• socket位於應用層和傳輸層之間的socket抽象層

• 集線器 交換機 路由器
  集線器 只是電信號的放大和分流 電氣層 物理層
  交換機 交換的是網幀, 鏈路層
  路由器 交換的是報文 網絡層

• 以下三個網段被用作內網網段
  192網段
  172網段
  10網段

• tcp 報文格式

• IP 報文格式
  

• MAC幀格式
  

• 數據傳輸過程詳解圖
  

socket詳解

• socket套接字：
  socket起源於Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作。Socket就是該模式的一個實現， socket即是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉）.
  說白了Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口後面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

• 對於每個程序系統都有一張單獨的表。精確地講，系統爲每個運行的進程維護一張單獨的文件描述符表。當進程打開一個文件時，系統把一個指向此文件內部數據結構的指針寫入文件描述符表，並把該表的索引值返回給調用者 。應用程序只需記住這個描述符，並在以後操作該文件時使用它。操作系統把該描述符作爲索引訪問進程描述符表，通過指針找到保存該文件所有的信息的數據結構。

tcp連接的三次握手和四次揮手

1. 三次握手
2. TCP協議通過三個報文段完成連接的建立，這個過程稱爲三次握手(three-way handshake)，過程如下圖所示。
   • 第一次握手：建立連接時，客戶端發送syn包(syn=j)到服務器，並進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認；SYN：同步序列編號(Synchronize Sequence Numbers)。
   • 第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；
   • 第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。
     一個完整的三次握手也就是： 請求—應答—再次確認。

當客戶端調用connect時，觸發了連接請求，向服務器發送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態；服務器監聽到連接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向客戶端發送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態；客戶端收到服務器的SYN K ，ACK J+1之後，這時connect返回，並對SYN K進行確認；服務器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立

2. 四次揮手
   由於TCP連接是全雙工的，因此每個方向都必須單獨進行關閉。這個原則是當一方完成它的數據發送任務後就能發送一個FIN來終止這個方向的連接。收到一個 FIN只意味着這一方向上沒有數據流動，一個TCP連接在收到一個FIN後仍能發送數據。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方執行被動關閉。
   （1）客戶端A發送一個FIN，用來關閉客戶A到服務器B的數據傳送（報文段4）。
   （2）服務器B收到這個FIN，它發回一個ACK，確認序號爲收到的序號加1（報文段5）。和SYN一樣，一個FIN將佔用一個序號。
   （3）服務器B關閉與客戶端A的連接，發送一個FIN給客戶端A（報文段6）。
   （4）客戶端A發回ACK報文確認，並將確認序號設置爲收到序號加1（報文段7）。
   

tcp網絡編程模型

udp編程模型圖

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