前言
文章目錄
1 網絡，數據包，協議
計算機網絡是多臺主機和路由器通過通信信道（communication channels）連接起來的。有三個實體：
- 主機，運行程序
- 路由器，轉發數據
- 通信信道可以是無線的也可以是有線的
數據包就是主機之間傳遞的信息，是字節序列，由程序構建和解釋。數據包不僅有數據，還有包頭包含一些轉發所用的控制信息。
協議是數據包交換時程序的一些約定，主要是解析數據包的控制包頭信息。協議是分層的，常見的也是事實標準是TCP/IP。
應用程序、協議和Socket API三者關係如下圖，注意Socket的位置。
網絡層，IP協議提供的是數據報服務（datagram service），使用了分組交換，每一個packet單獨處理、發送。但是請注意，IP是一個best-effort協議，盡力而爲的host-to-host服務，可能出現包丟失、包亂序、包重複的現象，這需要上層協議來解決。
傳輸層，有兩種協議，可靠有連接字節流的TCP和不可靠無連接數據報的UDP。兩者共同點是都使用了端口號（port number）來定位主機上的應用程序，提供的是end-to-end服務。TCP需要三次握手、四次揮手，使用TCP某種情形有點像文件I/O。但是使用UDP的應用程序需要自己來處理IP的三個問題。
2 關於地址（address）
通信之前必須知道對方的地址，就像郵局送信一樣，知道了地址才能投遞出去。確定網絡中某個應用程序的位置，需要三個信息：IP地址、端口號和傳輸協議。
IP地址有兩種：IPv4和IPv6。
2.1 IP地址格式
IPv4使用32位（bit）地址，常見寫法是點分十進制。如10.1.2.3。IPv6是128位地址，通常使用32個16進制數（hex）來表示，如2000:fdb8:0000:0000:0001:00ab:853c:39a1，中間的0可以省略，但是隻能省略一次，如果多個地方省略了0，就無法判斷到底是省略了幾個0，上述地址等價於2000:fdb8::1:ab:853c:39a1。
2.2 IPv4和IPv6共存
現在處於IPv4向IPv6的過渡時期，但是怪異的是，IPv6和IPv4不兼容，常見的過渡手段：雙棧、隧道和翻譯【這是我知道的補充知識】。雙棧就是IPv4和IPv6兩個協議棧共存。這是最簡單的方法，但是IPv4和IPv6沒法通信，各走各的路罷了。隧道得名於英吉利海峽的海底隧道，就是把汽車放在火車上過海底隧道，這裏是IPv6-in-IPv4或者IPv4-in-IPv6。翻譯是清華大學李星老師力推的。還有IPv4映射到IPv6，使用::ffff:IPv4 address，這種寫法很怪異，前面是hex，後面IPv4地址是點分十進制。
2.3 端口號
TCP和UDP都有端口號，端口號是確定主機上的應用程序的。端口號是16位無符號二進制數，共有65536個端口號，其中0是保留端口號，0~1023是系統端口（System Port），端口號從1024—49151是被註冊的端口，也稱爲用戶端口（User Port），後面49152~65536是動態分配的1，具體的分配用途參加RFC6335。
2.4 特殊地址
- 本地迴環地址（Loopback Address），分配給虛擬設備，迴環接口，發出去的數據會再發給本機，用於測試IP協議安裝正確性，即便沒有網卡也可以使用。IPv4是
127.0.0.1，IPv6是0:0:0:0:0:0:0:1，或簡寫::1。 - IPv4的私有地址（Private Address），
10.0.0.0/8，172.16.0.0/12，192.168.0.0/16。對於NAT地址轉換未嘗不是一件好事。 - 鏈路本地地址（Link-local Address），也稱自動配置（autoconfigration）地址。 它僅供於在網段，或廣播域中的主機相互通信使用，路由器也不會轉發這類地址。這類主機通常不需要外部互聯網服務，僅有主機間相互通訊的需求。IPv4是
169.254.0.0/16，IPv6是FE80::/10開頭的地址。 - 多播（組播）地址（Multicast Address）。IPv4是
224.0.0.0/24，IPv6是FF00::/120
3 關於名字（Name）
網絡協議處理的是地址，而非名字。地址是二進制數，而名字是字符串，顯然使用名字更方便（基於這個原因出來了NDN網絡嗎[smile cry]）。從名字到地址的轉換使用了DNS（Domain Name System，域名系統）。
4 C/S架構
客戶端程序發起通信請求，服務端程序被動（passively）等待並響應請求。【其實就是請求響應模型了】客戶端需要知道服務器端的IP地址和端口號才能發起請求，而服務器端收到請求也便知道了客戶端的IP地址和端口號。
IP地址一般是通過統一資源定位符（Universal Resource Locator，URL）並結合名字服務知道的。端口號則是由IANA（Internet Assigned Number Authority）分配的1。
還有一種架構是peer-to-peer（P2P），【B/S是C/S的一種】，但是這種架構按我理解其實也是一種極端的C/S，一個peer既是server，也是client。
5 什麼是Socket
Socket其實最早叫做Berkeley Socket出現於Unix系統上，簡稱Socket，是應用程序收發數據的一種抽象手段，和打開文件操作，允許程序讀寫一樣，畢竟Unix哲學：“一切都是文件”嘛。Socket也是一種文件。
不同的協議棧有不同的Socket，這裏只關注TCP/IP協議棧。這裏的Socket分爲Stream Socket，以及Datagram Socket。前者使用TCP，後者使用UDP。
上圖描述了應用程序、Socket、協議、端口號以及主機之間的邏輯關係。