目錄

前言：

一、網絡傳輸基本流程

1.1、認識MAC地址

1.2、認識IP地址

二、socket編程預備?

2.1、端口號

2.2、傳輸層的代表

2.3、網絡字節序?

2.4、sockaddr 結構

總結：

前言：

大家好，上一篇文章，我們說到了協議。

我們說，協議，就是一種約定！！協議是分層的，本質原因是因為問題是分層的。

在代碼層面上，協議就是通信雙方都認識的數據結構。

那么我們今天繼續來學習網絡基礎的概念。

一、網絡傳輸基本流程

兩臺獨立的主機用一根網線連接起來，他們之間是否能相互通信？

是的。

幾個獨立的主機通過網線與交換機連接起來，就形成了局域網。

1.1、認識MAC地址

MAC 地址是?網絡設備的物理硬件地址，用于在?局域網（LAN）?內唯一標識一臺設備（如電腦、手機、路由器等）。它工作在?OSI 模型的第 2 層（數據鏈路層），主要用于?以太網（Ethernet）、Wi-Fi（802.11）等本地網絡通信。

MAC地址是用來識別數據鏈路層中相連的節點，一般來說長度為48位，及6個字節。

一般用16進制數字加上冒號的形式來表示（例如：08:00:27:03：fb：19）

MAC地址在網卡出廠時就確定了（每個物理網卡在制造時會被分配一個唯一的 MAC 地址），不能進行修改，MAC地址通常是唯一的。

后面我們詳細談論數據鏈路層的時候，會談 mac 幀協議，此處我們做一個了解即可。

以以太網為例，在以太網中的任意時刻，都只允許一臺機器向網絡中發送數據。如果有多臺機器同時發送，就會發生數據干擾。我們稱之為：數據碰撞。

而所有發送數據的主機都需要進行碰撞檢測與碰撞避免。

所謂碰撞避免，就是發現此時有主機發送數據了，你就進行休眠，等一會再發送數據。

在沒有交換機的情況下，一個以太網就是一個碰撞域。

在我們的局域網通信的過程中，主機對收到的報文確認是否是發送給自己的，是由目標的MAC地址來判定的。

目標MAC地址一樣，就說明這個報文是發給自己的。

以太網就是一個臨界資源

主機abcd發送數據時執行的代碼是臨界區

我們采用碰撞避免碰撞檢測來保證臨界資源使用時數據的原子性

這個碰撞也是為什么人一多，我們的網就卡起來了，因為碰撞的次數增多了，休眠的時間就多了。

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再來看同一個網段內的兩臺主機進行發送消息的過程：

而其中每層都有協議，所以當我進行進行上述傳輸流程的時候，要進行封裝和解包。

當應用程序發送網絡數據時，數據必須經過操作系統的網絡協議棧處理，最終由網卡（硬件）發送出去。這個過程是?“從上到下”?的，即：

1. 應用層（用戶態） →

2. 傳輸層（TCP/UDP）?→

3. 網絡層（IP）?→

4. 數據鏈路層（MAC/ARP）?→

5. 物理層（網卡驅動）?→

6. 網卡硬件（NIC）

為什么是這樣從上到下的貫穿？

這是因為網卡是硬件，管理工作由操作系統來進行，今天要訪問的網絡功能網絡層傳輸層是屬于內核的。

所以你發數據一定會使用系統調用，使用系統調用就一定會貫穿操作系統的，所以一定會走這條路?

讓我們來解釋一下，為什么同層之間，都認為自己在和對方同層協議在直接通信。

在我們用戶發送一個“你好”的信息后，用戶層會給這個信息添加一個用戶層的報頭。

報頭（Header）本質上是一種數據結構。它在計算機網絡中用于存儲協議控制信息，通常以固定或可變格式的二進制數據塊的形式存在，由協議規范明確定義其字段和排列方式。

以快遞為例，報頭類似于快遞單。

這個應用層匯報自己的報頭加有效載荷（這里是“你好”），傳遞給下一次傳輸層，由傳輸層再添加一個傳輸層報頭。隨后讓傳輸層報頭把自己的報頭加有效載荷（這里的有效載荷指的是應用層報頭+“你好”），傳遞給下一層網絡層。

一段報文，就等于自己的報頭+有效載荷。

ether后面就是mac地址。

?在Windows上可以通過命令：ipconfig /all來看到自己的物理地址（即mac地址）。

1.2、認識IP地址

跨網段的主機的數據傳輸. 數據從一臺計算機到另一臺計算機傳輸過程中要經過一個或多個路由器。

我們如何理解IP地址呢？

我們從一臺主機跨網段向另外一臺主機發送信息，就跟你人生的發展階段一樣。

我們的出生的嬰兒就是源IP地址，我們的死亡的時候的老人就是目標IP地址。

在我們從嬰兒到死老人的過程中，不是一蹴而就的，而是劃分了許多個階段。我們從嬰兒會長到小孩，又會從小孩長到青少年，最后是青年，壯年，中年，中老年，老年。

IP地址就像人生的起點與終點——從出生的嬰兒（源IP）到離世的老人（目標IP），代表通信雙方永恒不變的身份標識。

而MAC地址則是人生每個階段的臨時身份，隨著成長不斷變化。

就像從嬰兒到老人需要經歷童年、青年、中年等階段，數據包跨越不同網絡時，它的源MAC和目標MAC會在每一跳動態更新（如從家庭路由器到運營商網關，再到目標服務器），但IP地址始終如一。

這正體現了：IP負責全局尋址（人生方向），MAC負責局部傳輸（階段性的腳步）。

也許這里你還不能對IP地址有一個深刻的理解。沒關系，我們先繼續往下面看。

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這張圖的通信雙方并不處于同一個局域網中，甚至于二者的局域網類型都不一樣。

他們之間如何進行通信呢？

這就要通過我們的路由器了，所謂路由，就是進行路徑的選擇。

左側的FTP客戶，通過我們說的封裝過程，將IP層的IP報文封裝成以太網幀，添加源MAC（客戶端網卡）和目標MAC（默認網關，如路由器）。

這樣就將信息傳給了路由器，隨后路由器的以太網接口收到幀，校驗MAC地址（目標MAC是否匹配自身接口）。剝離以太網頭，解析IP包，查詢路由表決定下一跳去向哪里。

由于另外一側是令牌網，路由器就重新封裝IP包為令牌環幀（格式與以太網不同，如使用令牌控制訪問）。隨后更新源MAC（路由器令牌環接口MAC）和目標MAC（下一跳設備MAC）。

若目標服務器在令牌環網中，服務器網卡就接收令牌環幀，校驗MAC是否正確后剝離幀頭，將IP包上傳至內核協議棧。IP層檢查目標IP是否為本機，TCP層按端口號交付給FTP服務進程。

( 路由器通過多個接口連接不同子網，每個接口的IP充當該子網的網關。網關是路由器接口的IP地址，主機需配置網關才能訪問外部子網。)

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抽象點的圖看看：

這個過程更詳細的來說，就是封裝到了網絡層，此時進行IP的封裝，確定好目標的IP地址與源IP地址，發現此時的IP地址前面的跟我們的局域網的IP地址不一樣（一般來說同一個局域網中的IP地址，點分十進制的話，前面三個數都是一樣的，所以我們就能判斷是否目標地址與我在同一個局域網，如果不是，就將目標MAC設為默認網關（路由器）的地址），隨后傳遞給鏈路層，進行mac地址的封裝。

封裝好之后，就要開始傳遞信息了。

在以太網中（以太網是一個局域網）有另外的其他許多主機，但是他們的mac地址都匹配不上，最后我們就匹配上了路由器的對應以太網接口的mac地址。

此時路由器的網卡收到了消息，開始網上解包，到了網絡層解包出了源IP地址與目標IP地址，查詢

路由表：若目標IP在直連網絡中，就重新封裝幀（更新源/目標MAC）并從對應接口轉發；否則交給下一跳路由器。

找到目標局域網后，這個路由器此時就繼續往下封裝成mac幀，由負責該局域網的網卡發出信

息，在這個局域網下的主機都會收到消息。

隨后通過目標mac地址是否匹配來判斷是否接收。

最后目標主機就匹配成功了，隨后逐漸網上解包，把消息給了用戶。

二、socket編程預備?

IP在網絡中，用來標識一個主機的唯一性。

但是這里我們要思考一個問題：數據傳輸到主機是目的嗎？

不是的！！因為數據是給人使用的。比如：聊天是人在聊天，下載是人在下載，瀏覽網頁是人在瀏覽。

但是人怎么看到聊天記錄的呢？怎么執行下載？瀏覽任務的呢？

是通過啟動的qq微信，網盤，瀏覽器。

而啟動的這些都是進程。換句話說，進程是人在系統中的代表，只要把數據傳給進程，就相當于人拿到了數據。

所以，數據傳輸到主機不是目的，而是手段。到達主機內部后，交給主機里的進程，才是目的。

但是系統中，同時會存在許多個進程，當數據到達主機之后，怎么轉發給目標進程？

如何把數據交付給進程？這就依賴于傳輸層的兩大協議：TCP與UDP，以及它們的“地址簿”——端口號（Port）。

2.1、端口號

我們可以用“10086客服熱線”來進行類比

• PID：相當于客服工號（如“工號1024”），用于內部管理，客戶無需知道。

• 端口號：相當于客服熱線號碼（如“10086”），客戶通過撥打號碼找到服務。

• 進程 ID 屬于系統概念，技術上也具有唯一性，確實可以用來標識唯一的一個進程，但是這樣做，會讓系統進程管理和網絡強耦合，實際設計的時候，并沒有選擇這樣做。

2.2、傳輸層的代表

傳輸層主要有兩種核心協議：TCP（傳輸控制協議）?和?UDP（用戶數據報協議）。它們為應用層提供不同的數據傳輸服務，是互聯網通信的基礎。?

2.3、網絡字節序?

不管這臺主機是大端機還是小端機，都會按照這個協議規定的網絡字節序來發送和接收數據。如果當前發送主機是小段，就需要先把數據轉化成大端。

2.4、sockaddr 結構

// 創建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客戶端 + 服務器)
int socket(int domain, int type, int protocol);// 綁定端口號 (TCP/UDP, 服務器)
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);// 開始監聽 socket (TCP, 服務器)
int listen(int socket, int backlog);// 接收請求 (TCP, 服務器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,socklen_t* address_len);// 建立連接 (TCP, 客戶端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);