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【Linux网络编程】网络基础

news 来源：原创 2025/8/5 9:24:59

- 1、OSI分层思想
- 2、数据的封装
- 3、ip地址
- - ipv4的ip地址分类：
  - 为什么这样划分？
  - 举例
- 4、端口号
- 5、tcp三次握手
- - 为什么需要三次握手？
  - tcp连接的标识
  - 为什么 IP 地址不能单独标识一条连接？
- 6、tcp四次挥手
- - 为什么需要四次挥手
  - 为什么需要三次握手四次挥手
- 7、udp协议
- 8、TCP协议与UDP协议的区别
- 9、字节序
- 10、字节序转换函数
- 11、通用地址族结构
- 12、IPV4地址族结构
- 13、IPv4地址和字符地址互转
- - 13.1网络ip转为字符串地址
  - 13.2、将字符串地址转为网络ip
  - 13.3、示例

1、OSI分层思想

OSI七层模型、TCP/IP四层模型
在这里插入图片描述
物理层：网线、光纤灯设备
数据链路层：交换机，由物理信号—>数字信号
网络层：ip协议（tcp/udp），ipv4时32位，ipv6是128位

网络层解决的是网络与网络之间的通信问题，而传输层解决的是计算机程序到计算机程序之间的通信问题。
网络层的功能是通过IP协议把数据包发送到目标地址，源主机和目的主机之间的传输由IP层负责，源主机和目的主机的通信端口由传输层协议负责，IP层将带有IP地址的包发送到在因特网上的目标主机或者下一个网络。

传输层：tcp协议、udp协议

传输层的功能是在发送端将上层数据分段并提供可靠传输，在接收端将分段的数据进行重组，以确保通信的可靠性和正确性。

会话层：session，会话层负责在网络中的两台机器间建立和维护通信会话。它会处理数据的语法和语义，以确保通信的双方能够准确无误地理解和发送数据。

表示层：只关心信息发出的语法和语义，并完成数据转换，数据加密，解密，压缩，解压缩等功能

应用层：是OSI模型中的最顶层，它直接为应用程序提供服务

在这里插入图片描述
802.11：无线网标准
ARP：将ip地址转成mac地址

FIP：简单文件传输协议，负责文件上传下载
DNS：域名解析协议
SMTP：邮件传输协议
SNMP：是一种用于网络管理的协议，它定义了网络设备之间如何交换管理信息和管理操作。可以获取、修改网络设备。

2、数据的封装

在这里插入图片描述

数据的发送就是装包、数据的接收就是拆包

3、ip地址

在这里插入图片描述
使用IP协议通讯的主机都有IP地址
在计算机中，IPv4地址用一个32位无符号整数表示，分为4段，每段是8位，比如：192.168.2.1

ipv4的ip地址分类：

• A类IP地址：范围在0.0.0.0-127.255.255.255，网络号占前8位，主机号占后24位。
• B类IP地址：范围在128.0.0.0-191.255.255.255，网络号占前16位，主机号占后16位。
• C类IP地址：范围在192.0.0.0-223.255.255.255，网络号占前24位，主机号占后8位。192.168.31.x
• D类IP地址：范围在224.0.0.0-239.255.255.255，32位都为网络标识，没有主机标识，以二进制1110开头，保留多播地址。(广播，组播)
• E类IP地址：范围在240-255.255.255.255，32位都为网络标识，以二进制1111开头，保留为今后使用

为什么这样划分？

网络号用于标识不同的网络，确保数据包能够正确路由到目标网络。
主机号用于标识网络中的具体设备，确保数据包能够正确发送到目标设备。

举例

A 类地址的网络号是前 8 位（第一个字节），用于标识网络。
A 类地址的主机号是后 24 位（后三个字节），用于标识设备。
这种划分方式使得 A 类地址适合大型网络，因为每个 A 类网络可以容纳大量设备（约 1677 万台）。

4、端口号

端口号是用来区分主机的网络应用程序，比如：tomcat:8080，mysql：3306

TCP/UDP协议使用16位整数存储端口号，所以每个主机拥有 65535 个端口

一些端口被IANA（互联网数字分配机构）分配给指定应用：
21: FTP
23: Telnet
80: HTTP

因为1-1024已经被系统指定，所以我们在设置端口号的范围：1025~65535，但不能与其他应用程序的端口重复，比如mysql等

5、tcp三次握手

在这里插入图片描述
步骤
1、第一次握手：客户端发送 SYN 报文（SYN=1，seq=x）给服务器，表示请求建立连接。

2、第二次握手：服务器收到 SYN 后，回复 SYN+ACK 报文（SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1），表示同意建立连接。

3、第三次握手：客户端收到 SYN+ACK 后，发送 ACK 报文（ACK=1，seq=x+1，ack=y+1），表示确认连接建立。

为什么需要三次握手？

确认双方的收发能力：通过三次交互，确保客户端和服务器都能正常发送和接收数据。
防止历史连接干扰：如果客户端发送的 SYN 报文因网络延迟而迟到，服务器可以通过第三次握手判断是否为有效连接。
同步初始序列号：双方交换初始序列号，确保数据包的有序传输。

tcp连接的标识

两主机的IP地址是不能标识一条连接的，需要tcp来实现
在TCP中，使用两个socket来标识一条连接
Socket由本地的IP地址和进程使用的端口号组成，<本地IP地址，本地端口>
一条TCP连接，可以使用两个一元组来表示为“<本地IP地址，本地端口>，<远端IP地址，远端端口>”或者使用一个四元组来表示为“<本地IP地址，本地端口，远端IP地址，远端端口>

为什么 IP 地址不能单独标识一条连接？

IP 地址仅标识了网络中的一台主机，但一台主机上可能同时运行多个网络应用程序（如浏览器、邮件客户端等）。
为了区分同一主机上的不同应用程序，需要使用端口号。

6、tcp四次挥手

在这里插入图片描述
1、第一次挥手：主动关闭方（如客户端）发送 FIN 报文（FIN=1），表示自己不再发送数据。

2、第二次挥手：被动关闭方（如服务器）回复 ACK 报文（ACK=1），确认收到 FIN。

3、第三次挥手：被动关闭方发送 FIN 报文（FIN=1），表示自己也不再发送数据。

4、第四次挥手：主动关闭方回复 ACK 报文（ACK=1），确认收到 FIN。

为什么需要四次挥手

双向关闭：TCP 连接是全双工的，客户端和服务器需要分别关闭自己的发送通道。
确保数据完整性：服务器可能还有未发送完的数据，需要在关闭前处理完毕。
防止数据丢失：通过四次交互，确保双方都确认关闭连接，避免数据丢失或重复。

为什么需要三次握手四次挥手

不知道你们有没有和我一样的疑问，为什么需要三次握手，四次挥手，都是三次可不可以。最后才清晰，三次握手就是单纯建立连接，检测双方是否都有发送数据的能力，但是没有涉及到数据，只是建立连接。而四次挥手是关闭连接，有涉及到数据，双方都要确认不在发送数据了。

阶段	是否涉及数据	说明
三次握手	不涉及实际的应用数据	仅交换控制信息（SYN、ACK 和序列号），用于建立连接。
四次挥手	可能涉及数据	在关闭连接的过程中，被动关闭方可能仍有数据需要发送，直到发送 FIN 报文为止。

7、udp协议

UDP协议时一种无连接的协议
不需要通过三次握手来建立一个连接
一个UDP应用可同时作为应用的客户或服务器方
由于UDP协议并不需要建立一个明确的连接，因此建立UDP应用要比建立TCP应用简单得多

8、TCP协议与UDP协议的区别

1、tcp面向连接的，udp面向非连接
2、tcp在传输数据时会校验数据，所以是可靠的，
而udp不校验数据，不可靠，可能会发生丢包
3、tcp保证数据的顺序，udp不保证
4、tcp速度慢，udp速度快

9、字节序

小端字节序（主机字节序）：低地址存数据的低位，高地址存数据的高位，内存
大端字节序（网络字节序）：低地址存数据的高位，高地址存数据的地位，网络

将数据从内存到网络，需要从小端字节序—>大端字节序
网络到内存：大端字节序—>小端字节序

10、字节序转换函数

#头文件

 #include <arpa/inet.h>

函数定义

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);uint16_t htons(uint16_t hostshort);uint32_t ntohl(uint32_t netlong);uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

htonl（host to network long）将一个32位整数由主机字节序转换成网络字节序。
htons（host to network short）将一个16位整数由主机字节序转换成网络字节序。
ntohl 将一个32位整数由网络字节序转换成主机字节序。
ntohs 将一个16位整数由网络字节序转换成主机字节序
网络字节序：大端字节
主机字节序：小端字节

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>int main()
{unsigned short port = 10000;  //小端字节unsigned short net_port = htons(port);  //转大端字节printf("port = %d     net port = %d\n",port,net_port);unsigned short port2 = ntohs(net_port);printf("port 2 = %d\n",port2);}

11、通用地址族结构

#include <sys/socket.h>struct sockaddr {sa_family_t sa_family;  // 地址族（Address Family）char        sa_data[14]; // 协议地址（Protocol Address）
};

我们不会真的用到sockaddr结构，我们需要填写真正的地址族相关的地址结构，然后在传递给需要地址结构的函数时, 把指向该结构的指针转换成(struct sockaddr *)就传递进去

12、IPV4地址族结构

由于 struct sockaddr 是一个通用结构，实际使用时需要根据地址族类型转换为具体的结构。以下是常见的具体地址族结构：

#include <netinet/in.h>struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; // 地址族（AF_INET）in_port_t      sin_port;   // 端口号struct in_addr sin_addr;   // IPv4 地址char           sin_zero[8]; // 填充字段（未使用）
};struct in_addr {in_addr_t s_addr; // IPv4 地址（32 位整数）
};

13、IPv4地址和字符地址互转

头文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

13.1网络ip转为字符串地址

 const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t size);

af:地址族
src：网络二进制IP地址
dst：字符串IP地址
size：dst的大小
返回值：成功返回字符串ip，失败返回NULL

13.2、将字符串地址转为网络ip

#include <arpa/inet.h>int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

int inet_pton(int af, const char * src, void * dst);
af：地址族
src：字符串IP地址
dst：网络ip
返回值：成功返回1，失败返回0、-1

13.3、示例

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>int main()
{char *ip = "192.168.31.111";//封装// struct sockaddr_in addr;// addr.sin_family = AF_INET; //ipv4// addr.sin_port = htons(port);struct in_addr addr;//addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);//将字符串ip地址转换为网络ip地址  inet_ptoninet_pton(AF_INET,ip,&addr);//将网络ip地址转换为字符串ip地址char buf[32];inet_ntop(AF_INET,&addr,buf,sizeof(buf));printf("buf = %s\n",buf);
}

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