linux 网络编程（1） --- 网络基础

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网络编程

理论部分仅作大致的介绍， 具体的计算机网络相关的知识还需要去看书

协议

  • 一组规则， 用于描述数据传输的格式

常见的协议

传输层 TCP/UDP协议

应用层 HTTP, FTP协议

网络层 IP， IGMP协议

网络接口层 ARP, RARP协议

各类协议的功能

TCP协议：传输控制协议， 面向连接， 可靠， 基于字节流的传输层通信协议

UDP协议：用户数据报协议， OSI参考模型中一种无连接的传输层协议， 提供面向事物的简单不可靠信息传送服务

HTTP协议：超文本传输协议， 应用最广泛

FTP协议：文件传输协议

ICMP协议：inernet控制报文协议， 是TCP/IP协议族的一个协议，用于在IP主机，路由器之间传递控制信息

IGMP协议：是Internet组管理协议， 是因特网协议家族中的一个组播协议，用在主机和组播路由器之间

ARP协议：正向地址解析协议，用过已知的ip, 寻找对应主机的mac地址

RARP协议：是反向地址转换协议， 通过mac地址确定ip地址

分层模型结构

OSI七层模型：物，数，网，传，会，表，应

TCP/IP四层模型：网，网，传，应

OSI模型 TCP/IP模型
应用层
表示层 应用层（HTTP,FTP,SSH,NFS,TELNET）
会话层
传输层 传输层（TCP,UDP）
网络层 网络层（IP，ICMP,IGMP）
数据链路层 网络接口层（链路层）（以太网帧协议，ARP）
物理层

C/S模型：

  • client-server

优点：

  1. 缓存大量的数据（图片，特效，动画，声音等）
  2. 协议选择灵活
  3. 速度快，效率高

缺点：

  1. 安全性
  2. 开发工作量大
  3. 无法跨平台

B/S模型：

  • browser-server

优点：

  1. 安全性较好
  2. 跨平台
  3. 开发的工作量相对较小

缺点：

  1. 不能缓存大量的数据
  2. 必须严格遵守HTTP协议

网络传输流程

  • 数据没有封装之前， 是不能在网络中ch

以太网帧协议

ARP协议：用过已知的ip, 寻找对应主机的mac地址

目的地址 源地址 帧类型 硬件一系列信息（8字节） 发送端以太网地址 发送端IP地址 目的以太网地址 目的IP地址
ff:ff:ff:ff:ff:ff 自己的mac码 0806（表示为ARP协议） 自己的mac码 自己的ip ff:ff:ff:ff:ff:ff 目的ip地址

以太网帧协议：根据mac地址，完成数据包传输

IP协议：

名词解释

版本：IPv4， IPv6

TTL：time to live 设置数据包在路由节点中的跳转上线， 每跳转一次， 该值-1, 当该值为0的时候， 路由器有义务将该数据包丢弃

源IP：32位，4字节 192.168.1.108 -> 点分十进制，string类型

目的IP：32位，4字节

端口号与IP地址

  • IP地址：可以唯一标识一台主机

  • 端口号：在网络的一台主机上唯一的表示一个进程

  • IP地址+端口号：在网络环境中，唯一的标识一个进程

UDP协议：

组成

  • 16位源端口号 -> (0-65535)
  • 16位目的端口号

TCP协议

组成

  • 16位：源端口号
  • 16位：目的端口号
  • 32位序号
  • 32位确认序号
  • 6个标志位
  • 16位窗口大小

TCP通信时序

也叫三次握手和四次握手

三次握手

https://zhuanlan.zhihu.com/p/53374516

第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的发送能力、服务端的接收能力是正常的。

第二次握手：服务端发包，客户端收到了。这样客户端就能得出结论：服务端的接收、发送能力，客户端的接收、发送能力是正常的。 从客户端的视角来看，我接到了服务端发送过来的响应数据包，说明服务端接收到了我在第一次握手时发送的网络包，并且成功发送了响应数据包，这就说明，服务端的接收、发送能力正常。而另一方面，我收到了服务端的响应数据包，说明我第一次发送的网络包成功到达服务端，这样，我自己的发送和接收能力也是正常的。

第三次握手：客户端发包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的接收、发送能力，服务端的发送、接收能力是正常的。 第一、二次握手后，服务端并不知道客户端的接收能力以及自己的发送能力是否正常。而在第三次握手时，服务端收到了客户端对第二次握手作的回应。从服务端的角度，我在第二次握手时的响应数据发送出去了，客户端接收到了。所以，我的发送能力是正常的。而客户端的接收能力也是正常的。

若成功执行，则说明connect()和accept()两个函数均成功执行

  1. 主动发起连接请求端，发送SYN标志位， 请求建立连接。携带序号和确认序号，数据字节数（0），滑动窗口大小

  2. 被动接受连接请求端，发送ACK标志位， 同时携带SYN请求位。携带序号和确认序号，数据字节数（0），滑动窗口大小

  3. 主动发起连接请求端，发送ACK标志位，应答服务器连接请求。携带序号和确认序号。

四次挥手

1）第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文（请求连接终止：FIN = 1），报文中会指定一个序列号 seq = u。并停止再发送数据，主动关闭 TCP 连接。此时客户端处于 FIN_WAIT1 状态，等待服务端的确认。

2）第二次挥手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序号值 +1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。

此时的 TCP 处于半关闭状态，客户端到服务端的连接释放。客户端收到服务端的确认后，进入FIN_WAIT2（终止等待 2）状态，等待服务端发出的连接释放报文段。

3）第三次挥手：如果服务端也想断开连接了（没有要向客户端发出的数据），和客户端的第一次挥手一样，发送 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态，等待客户端的确认。

4）第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答（ack = w+1），且把服务端的序列值 +1 作为自己 ACK 报文的序号值（seq=u+1），此时客户端处于 TIME_WAIT （时间等待）状态。

主动关闭连接请求端， 发送FIN标志位

被动关闭连接请求端， 应答ACK标志位 – 半关闭完成

被动关闭连接请求端， 发送FIN标志位

主动关闭连接请求端， 应答ACK标志位 – 关闭完成

滑动窗口

发送给连接对端， 本地的缓冲区的大小， 保证数据不会丢失。

TCP状态

TCP主动发起状态：

CLOSE – 发送SYN – SEND_SYN – 接收ACK, SYN – SEND_SYN – 发送ACK – ESTABLISHED（数据通信态）

TCP主动关闭状态：

ESTABLISHED – 发送SYN – FIN_WAIT_1 – 接收ACK – 1FIN_WAIT_2(半关闭) – 接收对端发送FIN – FIN_WAIT_2 – 回发ACK – TIME_WAIT – 等2MSL时长 – CLOSE

TCP被动接收连接：

CLOSE – LISTEN – 接收SYN – LISTEN – 发送ACK,SYN – SYN_RCVD – 接收ACK – ESTABLISHED

TCP被动关闭连接：

ESTABLISHED – 接收FIN – ESTABLISHED – 发送ACK – CLOSED_WAIT（说明对端处于半关闭状态） – 发送FIN – LAST_ACK – 接收ACK – CLOSE

重点：FIN_WAIT_2: 主动关闭链接的一方， 发出FIN受到ACK以后进入该状态

2MSL时长

  1. 保证最后一个ACK可以被对端接收。（等待期间， 对端没接收到ACK，可能会再次发送FIN请求）
  2. 一定出现在「主动关闭连接请求端」 — TIME_WAIT

半关闭

通信双方中， 只有一端关闭通信。 — FIN_WAIT_2

处在半关闭的状态：

  1. close
  2. shutdown
shutdown函数
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作用：关闭读端或写端
int shutdown(int sockfd, int how);
参数：
	sockfd：待关闭的fd
	how：指定被关闭的缓冲区
		SHUT_RD：读端
		SHUT_WR：写端
		SHUT_RDWR：读端和写端

shutdown在关闭多个文件描述符引用的文件时， 采用全关闭的方法。close只关闭一个