Linux應用軟件編程---網絡編程1（目的、網絡協議、網絡配置、UDP編程流程）

Linux下的網絡編程

一、目的

? ? 不同主機，進程間通信。

二、解決的問題

1. 主機與主機之間物理層面必須互聯互通。
2. 進程與進程在軟件層面必須互聯互通。

? ? 物理層面的互聯互通流程圖如下：

? ? 其中：

????????IP地址：計算機的軟件地址，用來標識計算機設備
MAC地址：計算機的硬件地址（固定）
網絡的端口號：標記同一主機上的不同網絡進程

????????交換機：實現局域網內通信
路由器：負責數據的路徑規劃
廣域網：實現遠距離傳輸

三、網絡協議

? ? 網絡協議是網絡通信的標準。

1、OSI 七層模型

? ? OSI 七層模型：開放系統互聯模型（open system interconnect）是不同體系結構設備間，網絡通信的通信標準。
應用層：要傳輸的數據信息，如文件傳輸，電子郵件等
表示層：數據加密、解密操作，壓縮，解壓縮
會話層：建立數據傳輸通道, ? --->一個會話
傳輸層：傳輸的方式 ?UDP ?TCP ? 端口號
網絡層：實現數據路由，路徑規劃 ? ?路由器 ?ip
數據鏈路層：封裝成幀，點對點通信（局域網內通信），差錯檢測 ? 交換機 ?ARP
物理層：定義物理設備標準、電氣特性，比如網線，光纖等傳輸介質 ? 比特流 ?bit ?0 1

2、TCP/IP 模型

? ? TCP/IP 模型分為五層和四層兩種。每所表示的與 OSI 七層模型內容一致，只是將七層的 “ 應用層、表示層、會話層 ” 合并之后表示五層和四層的應用層，將五層的 “ 數據鏈路層、物理層 ” 合并表示四層中的網絡接口層。

? ? 五層結構及舉例說明：

應用層：

HTTP：超文本傳輸協議
HTTPS:超文本傳輸協議（SSL加密算法）
FTP：文件傳輸協議（TCP）

TFTP：簡單文件傳輸協議（UDP）
MQTT：消息隊列遙測傳輸（物聯網協議）
DNS：域名解析服務（www.baidu.com---》IP地址）

?傳輸層：TCP ：傳輸控制協議
UDP：用戶數據報協議
? ?網絡層：IP協議:
IPv4:
IPv6:
數據鏈路層：ARP : 地址解析協議
?物理層：

四、IP 協議

1、概念

? IP 協議位于網絡層，有?IPv4 (32位) 和 IPv6 (128位) 兩種，以IPv4 為主展開學習。?
192.168.1.140? ? (用戶表示形式) ? 點分十進制 ??
11000000 10101000 00000000 01000011?? ?(計算機存儲形式) 32bits
在 192.168.0.121/24 中，24表示網絡位的位數

2、IPv4 的地址

??IPv4 的?IP地址 = 網絡位 + 主機位?
網絡位:該IP地址位于哪個網段(局域網)內
主機位:這個網段(局域網)第幾臺主機

3、子網掩碼

??功能：用來區分IP地址的網絡位和主機位，搭配IP地址使用。
規則：子網掩碼是1的部分對應IP地址的網絡位
是0的部分對應IP地址的主機位

? 例如：子網掩碼如：255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000

?4、網段號

? ?規則：IP地址網絡位不變,主機位全為0,則為該IP地址的網段號
例如：IP地址：192.168.1.3
子網掩碼：255.255.0.0
網段號：192.168.0.0
網段內的IP能直接通信

5、廣播號

? ? 規則：IP地址網絡位不變,主機位全為1,則為該IP地址的廣播號
例如：IP地址：192.168.1.3
子網掩碼：255.255.255.0
廣播號：192.168.1.255

? ? ? 向廣播號發送信息,所有局域網內IP都能收到此信息
feiQ VNC
192.168.1.255
網關地址：
192.168.1.1

6、IP地址的劃分:

? ? 1)A類地址:
范圍:1.0.0.0 - 126.255.255.255
子網掩碼:255.0.0.0? ? ? ??范圍：126*2^24 ? ? ? ?
用于管理大規模網絡
私有IP地址:10.0.0.0 - 10.255.255.255
127.0.0.0 ? 回環地址

? ? 2)B類地址:
范圍:128.0.0.0 - 191.255.255.255
子網掩碼:255.255.0.0? ? ? 范圍：?2^16
管理大中規模網絡
私有IP地址:172.16.0.0 - 172.31.255.255

? ? 3)C類地址:
范圍:192.0.0.0 - 223.255.255.255
子網掩碼:255.255.255.0? ? ? ? 范圍：2^8
管理中小規模網絡
私有IP地址:192.168.0.0 - 192.168.255.255

? ? 4)D類地址:
224.0.0.0 - 239.255.255.255
組播和廣播使用

? ? 5)E類地址:
240.0.0.0 - 255.255.255.254
用來進行實驗

7、公有IP 和 私有IP

?? ??? ?公有IP：由電信公司直接分配，并需要付費的IP地址， 可以直接訪問internet
私有IP：不能直接訪問internet的ip地址? ? ? ??
節省ip地址

五、網絡端口號

1、概念

? ? 端口號：16位的整形數據（unsigned short）0-65535
端口號功能：標記同一主機上的不同網絡進程

2、分類

? ? 1）任何TCP/IP實現所提供的服務都用1-1023之間的端口號。
http ： 80
FTP： 20/21
TFPT: 69
HTTPS: 443
2）端口號從1024-49151是被注冊的端口號，被IANA指定為特殊服務使用。
MQTT：1883/8883
3）從49152-65535是動態或私有端口號。

3、數據包的封裝和解封過程

六、網絡配置

1. ?ping ?ip地址/域名

? ? 查看當前主機和IP/域名所對應的這臺主機網絡是否聯通
例如，ping www.baidu.com

2. ifconfig?

? ? ifconfig 在Linux查看當前主機的IP地址
ipconfig 在Windows上查看當前主機的IP地址

3. 網絡配置

? ? 1）虛擬機-->設置-->網絡適配器-->橋接模式
2）編輯-->虛擬網絡編輯器-->更改設置-->VMnet0-->橋接至-->當前PC正在上網的網卡上-->應用-->確定
3）修改網絡配置文件
輸入指令：sudo vim /etc/network/interfaces
將內容更改為：
auto lo
iface lo inet loopback
auto ens33?
iface ens33 inet dhcp
4）重啟網絡服務
輸入指令：sudo /etc/init.d/networking restart
5) 測試
輸入指令：ping www.baidu.com

七、網絡協議 UDP

? ? UDP 位于傳輸層，用戶數據報協議(User Datagram Protocol)。

?1、網絡編程模型

?? ?1）B/S模型

????????browser/server（瀏覽器/服務器）
（1）客戶端是通用的客戶端（瀏覽器）
（2）一般只做服務器開發
（3）客戶端要加載的數據均來自服務器

? ? 2）C/S模型

? ? ? ? client/server（客戶端/服務端）
（1）客戶端是一個專用的客戶端
（2）服務器和客戶端都需開發
（3）客戶端可保存資源，本地加載，無需所有數據都請求服務器

2、UDP編程流程

? ? ? ? ? ?套接字：文件描述符
網絡通信時，應用層可操作的端口。

3、相關函數接口

? ? 1）socket() 函數

?int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：創建通信的套接字
參數：
domain：網絡層使用什么協議族
AF_INET：IPv4
AF_INET6：IPv6
ype：規定傳輸層的協議
SOCK_DGRAM ： UDP協議
SOCK_STREAM：TCP協議
SOCK_RAW ：原始套接字
protocol：0 按照默認協議方式創建
返回值：
成功：套接字
失敗：-1

? ? 2）sendto() 函數

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

功能：向網絡套接字發送數據
參數：
sockfd：套接字
buf： 要發送的數據的首地址
len：要發送的字節數
flags： 0：按照默認方式發送
dest_addr：接收方的地址信息（IP+端口號）
addrlen：接收方地址的大小

返回值：
成功：實際發送的字節數
失敗：-1

? ? ? ? 其中，IPv4 的地址信息存放在 struct sockaddr_in 中：

可使用 “ man 7 ip ” 指令查看程序員手冊

? ? ? ? ? ?struct sockaddr_in {
sa_family_t ? ?sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t ? ? ?sin_port; ? /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; ? /* internet address */
};

? ? ? ? ? ?/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t ? ? ? s_addr; ? ? /* address in network byte order */
};

? ? 3）IP 地址形式轉換函數

? ? ? ? （1）inet_addr() 函數
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:
將字符串IP地址轉換成二進制IP地址形式
? ? ? ? （2）inet_ntoa() 函數
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：
將二進制ip轉換成字符串

? ? 4）bind() 函數

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,?socklen_t addrlen);
功能：綁定自己的IP地址和端口號
參數：
sockfd：套接字
addr：需要綁定的地址
addrlen：地址大小
返回值：
成功：0
失敗：-1

? ? 5）recvfrom() 函數

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

功能：從套接字上接收數據
參數：
sockfd：套接字
buf：存放接收數據的內存首地址
len：希望接收的字節數
flags：0 ：按照默認方式接收（阻塞）
src_addr：發送方的地址信息
addrlen：發送發地址的指針
功能：
成功：實際接收到的字節數
失敗：-1

【END】

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