目錄

1. 理解源 IP 地址和目的 IP 地址

2.端口號?

2.1端口號(port)是傳輸層協(xié)議的內(nèi)容

2.2端口號范圍劃分

2.3理解 "端口號" 和 "進程 ID"

2.4理解 socket

?3.傳輸層的典型代表

3.1認(rèn)識 TCP 協(xié)議

3.2認(rèn)識 UDP 協(xié)議

4. 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

?5. socket 編程接口

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1. 理解源 IP 地址和目的 IP 地址

IP 在網(wǎng)絡(luò)中， 用來標(biāo)識主機的唯一性
? 注意： 后面我們會講 IP 的分類， 后面會詳細闡述 IP 的特點
但是這里要思考一個問題： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C是目的嗎？ 不是的。 因為數(shù)據(jù)是給人用
的。 比如： 聊天是人在聊天， 下載是人在下載， 瀏覽網(wǎng)頁是人在瀏覽？
但是人是怎么看到聊天信息的呢？ 怎么執(zhí)行下載任務(wù)呢？ 怎么瀏覽網(wǎng)頁信息呢？ 通過
啟動的 qq， 迅雷， 瀏覽器。
而啟動的 qq， 迅雷， 瀏覽器都是進程。 換句話說， 進程是人在系統(tǒng)中的代表， 只要把
數(shù)據(jù)給進程， 人就相當(dāng)于就拿到了數(shù)據(jù)。
所以： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C不是目的， 而是手段。 到達主機內(nèi)部， 在交給主機內(nèi)的進程，
才是目的。
但是系統(tǒng)中， 同時會存在非常多的進程， 當(dāng)數(shù)據(jù)到達目標(biāo)主機之后， 怎么轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)
進程？ 這就要在網(wǎng)絡(luò)的背景下， 在系統(tǒng)中， 標(biāo)識主機的唯一性。

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2.端口號?

2.1端口號(port)是傳輸層協(xié)議的內(nèi)容

• 端口號是一個 2 字節(jié) 16 位的整數(shù);
• 端口號用來標(biāo)識一個進程, 告訴操作系統(tǒng), 當(dāng)前的這個數(shù)據(jù)要交給哪一個進程來處理;
• IP 地址 + 端口號能夠標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的某一臺主機的某一個進程;（互聯(lián)網(wǎng)中獨一無二的一個進程），網(wǎng)絡(luò)通信的本質(zhì)就是進程間通信，只是需要跨網(wǎng)絡(luò)。（進程間通信要滿足的條件：1.兩個進程具有獨立性（絕對的滿足） 2.兩個進程間要看到一個公共資源：網(wǎng)絡(luò)），因此我們基于? ?IP+PORT 的通信 稱之為Socket通信
• 一個端口號只能被一個進程占用.且一個進程可以綁定多個端口號; 但是一個端口號不能被多個進程綁定。

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2.2端口號范圍劃分

0 - 1023: 知名端口號, HTTP, FTP, SSH 等這些廣為使用的應(yīng)用層協(xié)議, 他們的
端口號都是固定的.
1024 - 65535: 操作系統(tǒng)動態(tài)分配的端口號. 客戶端程序的端口號, 就是由操作
系統(tǒng)從這個范圍分配的.

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2.3理解 "端口號" 和 "進程 ID"

????????我們之前在學(xué)習(xí)系統(tǒng)編程的時候, 學(xué)習(xí)了 pid 表示唯一一個進程; 此處我們的端口號也
是唯一表示一個進程. 那么這兩者之間是怎樣的關(guān)系?
????????進程 ID 屬于系統(tǒng)概念， 技術(shù)上也具有唯一性， 確實可以用來標(biāo)識唯一的一個進
程， 但是這樣做， 會讓系統(tǒng)進程管理和網(wǎng)絡(luò)強耦合（pid每次啟動的時候都會發(fā)送變化，那么兩者之間有聯(lián)系，意味著網(wǎng)絡(luò)部分也要發(fā)送變化）， 實際設(shè)計的時候， 并沒有選擇這
樣做。我們要實現(xiàn)解耦，系統(tǒng)就是系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)就是網(wǎng)絡(luò)，所以引入了端口號。

? ? ? ? 但在系統(tǒng)中不是所有進程都有端口號，所有進程都有pid，只有需要進行網(wǎng)絡(luò)通信的進程才有端口號。

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理解源端口號和目的端口號
????????傳輸層協(xié)議(TCP 和 UDP)的數(shù)據(jù)段中有兩個端口號, 分別叫做源端口號和目的端口號.
就是在描述 "數(shù)據(jù)是誰發(fā)的, 要發(fā)給誰"

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2.4理解 socket

• 綜上， IP 地址用來標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)中唯一的一臺主機， port 用來標(biāo)識該主機上唯一的一個網(wǎng)絡(luò)進程
• ?IP+Port 就能表示互聯(lián)網(wǎng)中唯一的一個進程
• 所以， 通信的時候， 本質(zhì)是兩個互聯(lián)網(wǎng)進程代表人來進行通信， {srcIp，srcPort， dstIp， dstPort}這樣的 4 元組就能標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)中唯二的兩個進程
• ?所以， 網(wǎng)絡(luò)通信的本質(zhì)， 也是進程間通信
• 我們把 ip+port 叫做套接字 socket

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?3.傳輸層的典型代表

????????如果我們了解了系統(tǒng)， 也了解了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧， 我們就會清楚， 傳輸層是屬于內(nèi)核
的， 那么我們要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進行通信， 必定調(diào)用的是傳輸層提供的系統(tǒng)調(diào)用， 來
進行的網(wǎng)絡(luò)通信

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3.1認(rèn)識 TCP 協(xié)議

此處我們先對 TCP(Transmission Control Protocol 傳輸控制協(xié)議)有一個直觀的認(rèn)識;
后面我們再詳細討論 TCP 的一些細節(jié)問題.
? 傳輸層協(xié)議
? 有連接
? 可靠傳輸(可靠性高）
? 面向字節(jié)流

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3.2認(rèn)識 UDP 協(xié)議

此處我們也是對 UDP(User Datagram Protocol 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)有一個直觀的認(rèn)識; 后
面再詳細討論.
? 傳輸層協(xié)議
? 無連接
? 不可靠傳輸（但操作簡單）
? 面向數(shù)據(jù)報
?

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4. 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

????????我們已經(jīng)知道,內(nèi)存中的多字節(jié)數(shù)據(jù)相對于內(nèi)存地址有大端和小端之分, 磁盤文件中的
多字節(jié)數(shù)據(jù)相對于文件中的偏移地址也有大端小端之分, 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流同樣有大端小端之
分. 那么如何定義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的地址呢?

• ?發(fā)送主機通常將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按內(nèi)存地址從低到高的順序發(fā)出;
• ?接收主機把從網(wǎng)絡(luò)上接到的字節(jié)依次保存在接收緩沖區(qū)中,也是按內(nèi)存地址從低到高的順序保存;
• ?因此,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的地址應(yīng)這樣規(guī)定:先發(fā)出的數(shù)據(jù)是低地址,后發(fā)出的數(shù)據(jù)是高地址.
• TCP/IP 協(xié)議規(guī)定,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流應(yīng)采用大端字節(jié)序,即低地址高字節(jié).
• 不管這臺主機是大端機還是小端機, 都會按照這個 TCP/IP 規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序來發(fā)送/接收數(shù)據(jù);
• 如果當(dāng)前發(fā)送主機是小端, 就需要先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成大端; 否則就忽略, 直接發(fā)送即可;

????????但后面是有了規(guī)定：網(wǎng)絡(luò)中通信，必須大端!?為使網(wǎng)絡(luò)程序具有可移植性,使同樣的 C 代碼在大端和小端計算機上編譯后都能正常運
行,可以調(diào)用以下庫函數(shù)做網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序和主機字節(jié)序的轉(zhuǎn)換。

? 這些函數(shù)名很好記,h 表示 host,n 表示 network,l 表示 32 位長整數(shù),s 表示 16 位短整數(shù)。
? 例如 htonl 表示將 32 位的長整數(shù)從主機字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序,例如將 IP 地址轉(zhuǎn)換后準(zhǔn)備發(fā)送。
? 如果主機是小端字節(jié)序,這些函數(shù)將參數(shù)做相應(yīng)的大小端轉(zhuǎn)換然后返回;
? 如果主機是大端字節(jié)序,這些函數(shù)不做轉(zhuǎn)換,將參數(shù)原封不動地返回。

?

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?5. socket 編程接口

socket 常見 API
?

C /
/ 創(chuàng)建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客戶端 + 服務(wù)器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 綁定端口號 (TCP/UDP, 服務(wù)器)
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);
// 開始監(jiān)聽 socket (TCP, 服務(wù)器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收請求 (TCP, 服務(wù)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);

sockaddr 結(jié)構(gòu)
????????socket API 是一層抽象的網(wǎng)絡(luò)編程接口,適用于各種底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,如 IPv4、 IPv6,以及
后面要使用的 UNIX Domain Socket. 然而, 各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的地址格式并不相同。

? IPv4 和 IPv6 的地址格式定義在 netinet/in.h 中,IPv4 地址用 sockaddr_in 結(jié)構(gòu)
體表示,包括 16 位地址類型, 16 位端口號和 32 位 IP 地址.
? IPv4、 IPv6 地址類型分別定義為常數(shù) AF_INET、 AF_INET6. 這樣,只要取得某
種 sockaddr 結(jié)構(gòu)體的首地址,不需要知道具體是哪種類型的 sockaddr 結(jié)構(gòu)體,就可
以根據(jù)地址類型字段確定結(jié)構(gòu)體中的內(nèi)容.
? socket API 可以都用 struct sockaddr *類型表示, 在使用的時候需要強制轉(zhuǎn)化成
sockaddr_in; 這樣的好處是程序的通用性, 可以接收 IPv4, IPv6, 以及 UNIX Domain
Socket 各種類型的 sockaddr 結(jié)構(gòu)體指針做為參數(shù);（這就是C語言版本的多態(tài)，頭部結(jié)構(gòu)一致，因此可以接收不同的結(jié)構(gòu)體）
sockaddr 結(jié)構(gòu)

sockaddr_in 結(jié)構(gòu)
雖然 socket api 的接口是 sockaddr, 但是我們真正在基于 IPv4 編程時, 使用的數(shù)據(jù)結(jié)
構(gòu)是 sockaddr_in; 這個結(jié)構(gòu)里主要有三部分信息: 地址類型, 端口號, IP 地址
in_addr 結(jié)構(gòu)

in_addr 用來表示一個 IPv4 的 IP 地址. 其實就是一個 32 位的整數(shù);
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