学习笔记第三十天

本文主要是介绍学习笔记第三十天，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

网络通信基础

1. 物理层面

• 信息通路：包括有线（如光纤、铜缆）和无线（如5G、4G、星链）连接。

2. 软件/逻辑层面

• 需要建立逻辑上的通信通路，涉及网络编程和协议。

网络编程与OSI模型

OSI七层模型

1. 物理层：定义物理连接的特性，如电气和机械特性，传输比特流。
2. 数据链路层：负责节点间数据的成帧、传输和错误控制，传输帧数据。
3. 网络层（网际层）：处理网络间的数据传输，如IP协议，传输数据包。
4. 传输层：提供端到端的可靠数据传输服务，如TCP或不可靠的数据传输服务，如UDP。
5. 会话层：管理和维护两个节点间的会话。
6. 表示层：数据的表示、加密和压缩等。
7. 应用层：提供网络应用服务，如HTTP、FTP、SMTP等。

TCP/IP模型

• 实际应用中常用的是TCP/IP模型，包括四层：应用层、传输层、网络层、网络接口层（或数据链路层）。

操作系统角度

• 用户层：应用层，程序员接触的地方。
• 内核层：包括传输层、网络层、数据链路层、物理层，操作系统已经实现这些层次，如TCP/IP协议栈。

IP地址与端口号

• IP地址：用于标识网络中的一台主机，通常为32位（IPv4）或128位（IPv6）整型数值，表示方式为点分十进制（IPv4）。
• 端口号：用于标识主机中的一个具体进程，与IP地址结合构成进程的网络地址。

网络编程协议

TCP（传输控制协议）

• 特点：
  1. 面向连接：通信前需建立连接。
  2. 可靠传输：保证数据无误、无丢失、无失序、无重复。
  3. 面向字节流：传输数据时不区分应用层消息的边界。
• 适用情况：
  • 对传输质量要求高。
  • 传输大量数据。
  • QQ等即时通讯软件的登录管理等功能。

UDP（用户数据报协议）

• 特点：
  1. 不可靠：不保证数据可靠传输。
  2. 无连接：发送数据前无需建立连接。
  3. 数据报：每个UDP报文独立处理。
• 适用情况：
  • 发送小尺寸数据（如DNS查询）。
  • 实时性要求高或难以建立连接的场景（如无线网络）。
  • 广播/组播通信。
  • 即时通讯软件的点对点文本通讯、音视频通讯。
  • 流媒体传输等。

  • Socket 函数

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

  • 功能：程序向内核请求创建一个新的套接字描述符，用于网络通信。
  • 参数：
    • domain：地址族，指定套接字通信的协议族。常见的值有 AF_INET（IPv4）和 AF_INET6（IPv6），以及 AF_UNIX 用于同一台机器上的进程间通信。
    • type：套接字类型。常见的值有 SOCK_STREAM（流式套接字，基于TCP），SOCK_DGRAM（数据报套接字，基于UDP），以及 SOCK_RAW（原始套接字，直接操作IP层）。
    • protocol：指定使用的协议。通常设置为0，让系统根据前两个参数自动选择协议。
  • 返回值：成功时返回一个新的套接字描述符，失败时返回-1，并设置相应的errno值。

  • Sendto 函数

    ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, 
    const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

  • 功能：向指定的地址发送数据。适用于无连接的数据报套接字（如UDP）。
  • 参数：
    • sockfd：套接字描述符。
    • buf：指向要发送数据的缓冲区。
    • len：发送数据的字节数。
    • flags：发送选项，通常设置为0。
    • dest_addr：指向目的地址的指针，包含IP地址和端口号。
    • addrlen：dest_addr参数的长度。
  • 返回值：成功时返回发送的字节数，失败时返回-1，并设置相应的errno值。

  • sockaddr_in 结构体

    struct sockaddr_in { 
    sa_family_t sin_family; /* AF_INET */ 
    in_port_t sin_port; /* 端口号，网络字节序 */ 
    struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */ 
    }; struct in_addr { 
    uint32_t s_addr; /* IP地址，网络字节序 */ 
    };

  • sockaddr_in 结构体用于表示IPv4地址和端口号。
  • sin_family 字段通常为 AF_INET。
  • sin_port 字段是端口号，使用网络字节序（大端序）。
  • sin_addr 字段是一个 in_addr 结构体，表示IP地址，也使用网络字节序。

  • 字节序转换函数

  • 主机到网络（Host to Network）：
    • htonl：32位主机字节序转换为网络字节序。
    • htons：16位主机字节序转换为网络字节序。
  • 网络到主机（Network to Host）：
    • ntohl：32位网络字节序转换为主机字节序。
    • ntohs：16位网络字节序转换为主机字节序。

  • 字符串转换函数

  • 主机地址字符串到网络字节序：
    • inet_addr：将点分十进制的IP地址字符串转换为网络字节序的IP地址。
  • 网络字节序IP地址到主机地址字符串：
    • inet_ntoa：将网络字节序的IP地址转换为其点分十进制的字符串表示形式。注意，inet_ntoa 返回的是指向静态内存的指针，因此不适合在多线程环境中使用。

  • recvfrom 函数

    ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, 
    struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

  • 功能：从指定的套接字接收数据，并可以获取发送方的地址信息。
  • 参数：
    • sockfd：套接字描述符。
    • buf：指向接收数据的缓冲区的指针。
    • len：缓冲区的大小。
    • flags：接收选项，通常设置为0表示默认（阻塞）方式。
    • src_addr：指向sockaddr结构体的指针，用于存储发送方的地址信息。如果不需要该信息，可以设置为NULL。
    • addrlen：src_addr的大小，或者如果是输出参数，则为接收到的地址信息的实际大小。
  • 返回值：成功时返回接收到的字节数，失败时返回-1。

  • bind 函数

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

  • 功能：将套接字与特定的IP地址和端口号绑定。在服务器端，这用于指定监听的接口；在客户端，虽然不是必需的，但可以用于指定源地址。
  • 参数：
    • sockfd：通过socket函数创建的套接字描述符。
    • addr：指向sockaddr结构体的指针，通常使用sockaddr_in结构体（对于IPv4）或sockaddr_in6结构体（对于IPv6），包含IP地址和端口号。
    • addrlen：addr参数的大小。
  • 返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

        connect函数

                        int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

                功能：该函数固定有客户端使用，表示从当前主机向目标
                            主机发起链接请求。
                参数：sockfd 本地socket创建的套接子id
                          addr 远程目标主机的地址信息。
                          addrlen: 参数2的长度。
                返回值：成功 0；
                              失败 -1；

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