uc_14_IP地址_套接字

1? 計算機網絡

? ? ? ? 計算機網絡，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。

? ? ? ? 網絡協議是一種特殊的軟件，是計算機網絡實現其功能的最基本的機制。網絡協議的本質就是規則，即各種硬件和軟件必須遵循的共同守則。網絡協議并不是一套單獨的軟件，它融合于其他所有的軟件甚至硬件系統中，因此可以說協議在網絡中無所不在。

? ? ? ? 為了減少網絡設計的復雜性，絕大多數網絡采用分層設計的方法。所謂分層設計，就是按照信息的流動過程將網絡的整體功能分解為一個個的功能層，不同機器上的同等功能層之間采用相同的協議，同一機器上的相鄰功能層之間通過接口進行信息傳遞。各層的協議和結構統稱為協議棧。

? ? ? ? 描述計算機網絡各協議層的一般方法是采用國際標準化組織（International Standardization Organization）的計算機通信開放系統互聯(Open System Interconnection)模型，簡稱ISO/OSI網絡協議模型：

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TCP/IP：

????????TCP/IP不是個單一的網絡協議，而是由一組具有層次關系的網絡協議組成的協議家族，簡稱TCP/IP協議族：

? ? ? ? TCP：傳輸控制協議，面向連接，可靠的全雙工的字節流

? ? ? ? UDP：用戶數據報協議，無連接，不如TCP可靠但速度快

? ? ? ? ICMP：網際控制消息協議，處理路由器和主機間的錯誤和控制消息

? ? ? ? IGMP：網際組管理協議，用于多播

? ? ? ? IPv4：網際協議版本4，使用32位地址，為TCP、UDP、ICMP、IGMP提供遞送分組服務

? ? ? ? IPv6：網際協議版本6，使用128位地址，為TCP、UDP、ICMPv6提供遞送分組服務

? ? ? ? ARP：地址解析協議，把IPv4地址映射到硬件地址

? ? ? ? RARP：逆地址解析協議，把硬件地址映射到IPv4地址

? ? ? ? ICMPv6：網際控制消息協議版本6，總和了ICMP、IGMP、ARP的功能

? ? ? ? BPF：BSD分組過濾器，為應用程序提供訪問數據鏈路層的接口，由源自BSD的系統內核

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?提供

? ? ? ? DLPI：數據鏈路提供者接口，為應用程序提供訪問數據鏈路層的接口，由源自SVR4的系統

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 內核提供

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? ? ? ? 在ISO/OSI網絡協議模型的基礎上，TCP/IP協議做了部分合并和簡化，同時將網絡編程的接口設定在傳輸層與會話層之間，這樣做的理由有二：

? ? ? ? 1）上三層與應用程序的業務邏輯（如數據包的組織與解析、收發的時機與次序等）密切相關，而與具體的通信細節（如收發分組、等待確認、分組排序、計算驗證校驗、丟包重傳等）關系不大；下四層主要處理通信細節而與具體應用的業務邏輯無關。

? ? ? ? 2）上三層通常構成用戶進程，而下四層通常是系統內核的一部分。

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消息包和消息流：

? ? ? ? 應用程序負責組織的通常都是與業務相關的數據內容，而要想把這些數據內容通過網絡發送出去，就要將其自上而下地壓入協議棧，每經歷一個協議層，就會對數據做一層封包，每一層輸出的封包都是下一層輸入的內容，消息包沿著協議棧的運動形成了消息流。

? ? ? ? 當從網絡上接收數據時，過程剛好相反，消息包自下而上地流經協議棧，每經歷一個協議層，就會對輸入的數據解一層封包，經過層層解包以后，應用程序最終得到的將只是與業務相關的數據內容。數據的封裝和解析過程：

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2? IP地址

? ? ? ? IP地址，全稱網際協議地址（Internet Protocol Address），是IP協議提供的一種統一的地址格式，為互聯網上的每個網絡和每臺主機分配一個邏輯地址，借以消除物理地址差異性所帶來的影響。

????????百度查到是公網IP：106.222.188.106? ?，包含若干私網IP

????????ifconfig查是私網IP：192.168.221.68

? ? ? ? 在計算機內部，IP地址用一個32位的無符號整數表示，如：0x01020304

? ? ? ? 人們更習慣使用點分十進制字符串表示，如：1.2.3.4。字符串形式的從左到右，對應整數形式的高字節到低字節。注意這里所說的高低指的是數位高低而非地址高低。

? ? ? ? IP地址分級：

? ? ? ? A級地址：以0為首的8位網絡地址? ? ? ? +24位本地地址

? ? ? ? B級地址：以10為首的16位網絡地址? ? +16位本地地址

? ? ? ? C級地址：以110為首的24為網絡地址? +8位本地地址

? ? ? ? D級地址：以1110為首的32位多播地址

? ? ? ? 如某計算機的IP地址：192.168.182.48是C級地址，網絡地址192.168.182.0，本地地址48。

? ? ? ? 借助子網掩碼可以快速幫我們確定IP地址的網絡地址和本地地址：

? ? ? ? 網絡地址 = IP地址 & 子網掩碼

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 192.168.182.48 & 255.255.255.0 = 192.168.182.0

? ? ? ? 本地地址 = IP地址 & ~子網掩碼

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 192.168.182.48 & 0.0.0.255 = 0.0.0.48

3? 套接字socket

3.0? 理論

????????套接字(socket)本意是電源插座，這里將其引申為一個基于TCP/IP協議可實現基本網絡通信功能的邏輯對象。

? ? ? ? 機器與機器的通信，或者進程與進程的通信，在這里都可以被抽象地看作是套接字與套接字的通信。

? ? ? ? 應用程序編寫者無需了解網絡協議的任何細節，更無需知曉系統內核和網絡設別的運作機制，只要把想發送的數據寫入套接字，或從套接字中讀取想接收的數據即可。

????????

? ? ? ? 從這個意義上講，套接字就相當于一個文件描述符，而網絡就是一種特殊的文件，面向網絡的編程與面向文件的編程已沒有分別，而這恰恰是Unix系統一切皆文件思想的又一例證。?

? ? ? ? 套接字是對ISO/OSI網絡協議模型中傳輸層及其以下諸層的邏輯抽象，是對TCP/IP網絡通信協議的高級封裝，因此無論所依賴的是什么硬件，所運行的什么操作系統，所使用的是什么編程語言，只要是基于套接字構建的應用程序，只要是在互聯網環境中通信，就不會存在任何障礙。

? ? ? ? 如前所述，套接字是一個提供給程序員使用的邏輯對象，它表示對ISO/OSI網絡協議模型中傳輸層及其以下諸層的抽象。但真正發送和接收數據的畢竟是大寫實實在在的物理設備。這就需要在物理設備和邏輯對象之間建立一種關聯，使后續所有針對這個邏輯對象的操作，最終都能夠反映到實際的物理設備上。建立這種關聯關系的過程就叫做綁定：

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? ? ? ? 綁定只是把套接字對象和一個代表自己的物理設備關聯起來。為了實現通信還需要把自己的物理設備與對方的物理設備關聯起來。只有這樣才能建立起一種物理設備為媒介的，跨越不同進程甚至機器的，多個套接字對象之間的聯系。建立這種聯系的過程叫做連接：

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?3.1? socket()

? ? ? ? #include <sys/socket.h>

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

? ? ? ? ? ? ? ? 功能：創建套接字

? ? ? ? ? ? ? ? domain：通信域，協議族，可取以下值

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PF_LOCAL / PF_UNIX? ? ? ? 本地套接字，進程間通信

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PF_INET? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基于IPv4的網絡通信

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PF_INET6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基于IPv6的網絡通信

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? PF_PACKET? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基于底層包的網絡通信?

? ? ? ? ? ? ? ? type：套接字類型，可取以下值

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SOCK_STREAM? ? ? ? ? ? ? ? 流式套接字，基于TCP協議

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SOCK_DGRAM? ? ? ? ? ? ? ? ? 數據報套接字，基于UDP協議

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SOCK_RAW? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?原始套接字，工作在傳輸層以下

? ? ? ? ? ? ? ? protocol：特殊協議，對于流式和數據報套接字而言，只能取0

? ? ? ? ????????返回值：成功返回表示套接字對象的文件描述符，失敗返回-1?

? ? ? ? 套接字接口庫通過地址結構定位一個通信主體，可以是一個文件，可以是一臺遠程主機，也可以是執行者自己：

? ? ? ? -基本地址結構，本身沒有實際意義，僅用于泛型化參數

? ? ? ????????????????? struct? sockaddr {

? ? ? ? ? ? ????????????????? ? sa_family_t? ?sa_family;? ????????// 地址族

? ? ? ? ? ? ????????????????? ? char? ? ? ? ? ? ? sa_data[14];? ? ? ?// 地址值

? ? ? ????????????????? };

? ? ? ? -本地地址結構，用于AF_LOCAL/AF_UNIX域的本地通信

? ? ? ?????????????????struct? sockaddr_un {

? ? ? ? ? ? ????????????????? ? sa_family_t? ?sun_family;? // 地址族(AF_LOCAL/AF_UNIX)

? ? ? ? ? ? ????????????????? ? char? ? ? ? ? ? ? sun_path[];? ?// 本地套接字文件的路徑

? ? ? ????????????????? }

? ? ? ? -網絡地址結構，用于AF_INET域的IPv4網絡通信

????????????????????????struct? sockaddr_in {

? ? ? ? ? ? ????????????????? ? sa_family_t? ? ? ? ? sin_family;? // 地址族（AF_INET）

? ? ? ? ? ? ? ? ????????????????in_port_t? ? ? ? ? ? ? sin_port;? ? ?//? 端口號(0~65535) -unsigned short

? ? ? ? ? ? ? ? ????????????????struct? in_addr? ? ?sin_addr;? ? // IP地址 -unsigned int

? ? ? ? ????????????????}????????

? ? ? ? -網絡地址結構，用于AF_INET域的IPv4網絡通信

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? struct? in_addr {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? in_addr_t? s_addr;

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }

????????????????????????typedef? ?uint16_t? ?in_port_t;? // 無符號16位正數

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? typedef? ?unit32_t? ?in_addr_t; // 無符號32位正數

? ? ? ? 如前所述，通過IP地址可以定位網絡上的一臺主機，但一臺主機上可能同時有多個網絡應用在運行，究竟想跟哪個網絡應用通信呢？這就需要靠端口號來區分，因為不同的網絡應用會使用不同的端口號。用IP地址定位主機，再用端口號定位運行在這臺主機上一個具體的網絡應用，這樣一種對通信主體的描述才是唯一確定的。

? ? ? ? 套接字接口庫中的端口號被定義為一個16位的無符號整數，0~65535，其中0~1024已被系統和一些網絡服務占據：

? ? ? ? 21端口? ? ? ? ftp服務

? ? ? ? 23端口? ? ? ? telnet服務

? ? ? ? 89端口? ? ? ? www服務

? ? ? ? 3306端口? ? 數據庫服務器

? ? ? ? 因此一般程序最好選擇1024以上的端口號，以避免和這些服務沖突。