Linux网络基础 (二) ——(IP、MAC、端口号、TCPUDP协议、网络字节序)

本文主要是介绍Linux网络基础 (二) ——(IP、MAC、端口号、TCPUDP协议、网络字节序)，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！

文章目录

IP 地址
- 基本概念
- 源IP地址 & 目的IP地址
MAC 地址
- 基本概念
- 源MAC地址 & 目的MAC地址
端口号
- 基本概念
- 源端口号 & 目的端口号
TCP & UDP 协议
- 基本概念
- TCP 与 UDP 的抉择
网络字节序
- 大端、小端字节序

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IP 地址

基本概念

在 TCP/IP 网络通信时，为了保证能正常通信，每个设备都需要配置正确的 IP 地址，否则无法实现正常的通信。IP 地址（IPv4 地址）由 32 位正整数来表示，IP 地址在计算机是以二进制的方式处理的。
IP地址采用点分十进制的标记方式，将 32 位 IP 地址以每 8 位为组，共分为 4 组，每组以「.」隔开，再将每组转换成十进制。例如：192.168.42.137
IP 地址最大值也就是 2³² = 4294967296 ，即最大允许 43 亿台计算机连接到网络。但是以现在的网络的发展，通信设备的增加，IPv4 的地址是完全不够用的。但 IP 地址并不是根据主机台数来配置的，而是以网卡来配置的。服务器、路由器等设备都是有 2 个以上的网卡，也就是它们会有 2 个以上的 IP 地址，所以是不可能让43亿台计算机全部联网。

那么如何解决这个问题？

动态分配
使用动态分配 IP 地址：就是当有设备联网的使用分配一个 IP 地址给当前设备，如果当前设备不联网了，那么就不分配。但是这种方案是治标不治本的；
NAT机制
使用 NAT 机制：把 IP 分为 外网 IP 和 内网 IP，用一个外网 IP 代替 N 个内网 IP。

举个例子：
在送快递时，收货地址填写学校，而学校里有很多人，每个人用姓名和手机号区分。那么网络也是如此，进入内网 IP 后则是使用端口号区分。
使用IPv6
使用能够表示更多IP地址的IPv6 解决这个问题，这里不再过多展开

源IP地址 & 目的IP地址

在网络编程中不同主机间进行进程通信需要有IP地址分为源IP地址和目的IP地址

源IP地址: 表示该条信息来源于哪个机器。
目的IP地址:表示该条信息去往于哪个进程。

在这里插入图片描述

以太网上的每台计算机都有一个唯一的IP地址，假如一台主机上的数据要传输到另一台主机，那么发送信息的主机IP就是源IP地址，而接收这条信息的对端主机的IP地址就为目的IP地址。
但网络通信是极其复杂的，在信息的交互过程中仅仅知道目的IP地址是不够的，当对端主机收到该数据后，对端主机还需要对该主机做出响应，因此对端主机也需要发送数据给该主机，此时对端主机就必须知道该主机的IP地址。因此一个传输的数据当中应该涵盖其源IP地址和目的IP地址，目的IP地址表明该数据传输的目的地，源IP地址作为对端主机响应时的目的IP地址。

这两个地址在数据传输过程中基本是不会发生变化的（存在一些特殊情况，比如在数据传输过程中使用NET技术，其源IP地址会发生变化，但至少目的IP地址是不会变化的)

在数据进行传输之前，会先自顶向下贯穿网络协议栈完成数据的封装，其中在网络层封装的IP报头当中就涵盖了源IP地址和目的IP地址。而除了源IP地址和目的IP地址之外，还有源MAC地址和目的MAC地址的概念。

MAC 地址

基本概念

Mac地址（英语：Media Access Control Address），称为局域网地址，Mac地址用于确认一个网络设备位置的位址

Mac地址也称物理地址，硬件地址，是网络硬件（如无线网卡或以太网卡）分配的唯一地址
在ISO模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层链路层负责Mac位址
Mac地址为六组两位字符组成，由冒号分隔，例：00:A4:31:3A:1B:B7
Mac地址用于在网络中标识一个唯一的网卡，一台设备如果由一个或者多个网卡，则每张网卡都需要有一个唯一的MAC地址

示例：
在这里插入图片描述

源MAC地址 & 目的MAC地址

大部分数据的传输都是跨局域网的，数据在传输过程中会经过若干个路由器，最终才能到达对端主机。

源MAC地址和目的MAC地址是包含在链路层的报头当中的，而MAC地址实际只在当前局域网内有效，因此当数据跨网络到达下一个局域网时，其源MAC地址和目的MAC地址就需要发生变化，因此当数据达到路由器时，路由器会将该数据当中链路层的报头去掉，然后再重新封装一个报头，此时该数据的源MAC地址和目的MAC地址就发生了变化。

再举个送快递的例子：
假如此时你买了一个快递，其发货地是江苏省南京市XXX街道105号，收货地是浙江省宁波市东部新城XXX路231号，那么此时途中需要经过 苏州站——杭州站——宁波站，这里的每一站就相当于是数据在以太网传送过程中的MAC地址

因此数据在传输的过程中是有两套地址：

源IP地址和目的IP地址，这两个地址一般情况下在传送过程中不会发生改变
源MAC地址和目的MAC地址，这两个地址是一直在发生变化的，数据每一次到达下一个路由器就会去掉之前的MAC地址，转而加上新的MAC地址

端口号

基本概念

端口号的主要作用是表示一台计算机中的特定进程所提供的服务。一台计算机上可以同时提供很多个服务，如数据库服务、FTP服务、web服务等，我们就通过端口号来区别相同计算机所提供的这些不同的服务

端口号(port)是传输层协议的内容

端口号是一个2字节16位的整数
端口号用来标识一个进程, 告诉操作系统, 当前的这个数据要交给哪一个进程来处理
IP地址 + 端口号 能够标识网络上的某一台主机的某一个进程
一个端口号只能被一个进程占用

按端口号可分为2大类：

公认端口（Well-KnownPorts）：范围从0到1023。
动态端口（Dynamic Ports）：范围从1024到65535

源端口号 & 目的端口号

由于IP地址能够唯一标识公网内的一台主机，而端口号能够唯一标识一台主机上的一个进程，因此用IP地址+端口号就能够唯一标识网络上的某一台主机的某一个进程。

当数据在传输层进行封装时，就会添加上对应源端口号和目的端口号的信息

通过源IP地址+源端口号就能够在网络上唯一标识发送数据的进程
通过目的IP地址+目的端口号就能够在网络上唯一标识接收数据的进程

这样就实现了跨网络的进程间通信。

注意： 一个进程可以绑定多个端口号，但是一个端口号不能被多个进程同时绑定。

TCP & UDP 协议

基本概念

网络协议栈是贯穿整个体系结构的，在应用层、操作系统层和驱动层各有一部分。当我们使用系统调用接口实现网络数据通信时，不得不面对的协议层就是传输层，而传输层最典型的两种协议就是TCP协议和UDP协议。

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)

传输层协议、有连接、可靠传输、面向字节流

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP协议是面向连接的，如果两台主机之间想要进行数据传输，那么必须要先建立连接，当连接建立成功后才能进行数据传输。其次，TCP协议是保证可靠的协议，数据在传输过程中如果出现了丢包、乱序等情况，TCP协议都有对应的解决方法。

UDP(User Datagram Protocol 用户数据报协议)

传输层协议、无连接、不可靠传输、面向数据报

UDP协议是一种无需建立连接的、不可靠的、面向数据报的传输层通信协议。

使用UDP协议进行通信时无需建立连接，如果两台主机之间想要进行数据传输，那么直接将数据发送给对端主机就行了，但这也就意味着UDP协议是不可靠的，数据在传输过程中如果出现了丢包、乱序等情况，UDP协议本身是不知道的。

TCP 与 UDP 的抉择

TCP协议是一种可靠的传输协议，使用TCP协议能够在一定程度上保证数据传输时的可靠性，而UDP协议是一种不可靠的传输协议，为什么还要用UDP协议呢？
首先，TCP协议虽然是一种可靠的传输协议，但这意味着TCP协议在需要做更多的工作来保证可靠性，因此TCP协议实现很复杂，TCP协议面向连接虽然可靠，但底层复杂，在传输速率上没有UDP快速。
UDP协议虽然是一种不可靠的传输协议，但UDP协议不需要做过多的工作，因此UDP协议实现一定比TCP协议要简单，UDP协议虽不可靠，但是它能够快速的将数据发送给对方。
编写网络通信代码时具体采用TCP协议还是UDP协议，完全取决于上层的应用场景。如果应用场景严格要求数据在传输过程中的可靠性，此时我们就必须采用TCP协议，如果应用场景允许数据在传输出现少量丢包，那么肯定优先选择UDP协议，因为UDP协议足够简单，快速。