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文章目錄
引言1.網絡中的地址管理1.1ip地址1.1.1源IP和目的IP
1.2MAC地址1.3兩套地址體系的區(qū)別
2.端口號3.網絡字節(jié)序4.套接字
引言
在上一篇博客中，我們簡單的介紹了一些Linux網絡一些比較基本的概念。本篇博客我們將開始正式學習Linux網絡套接字的內容，那么我們開始吧！
1.網絡中的地址管理
大家一定知道每一臺主機都會存在一個ip地址，其實并不是這么簡單，今天我們就來系統(tǒng)介紹一下。
1.1ip地址
IP協(xié)議有兩個版本, IPv4和IPv6. 我們整個的課程, 凡是提到IP協(xié)議, 沒有特殊說明的, 默認都是指IPv4。IPv6其實是針對IPv4地址不足提出的解決方案，目前世界上IPV6做的比較好的國家就是我們。
IP地址是在IP協(xié)議中, 用來標識網絡中不同主機的地址;具有唯一性。對于IPv4來說, IP地址是一個4字節(jié), 32位的整數(shù);對于IPv6來說，IP地址是一個16個字節(jié)，128位的整數(shù)。我們通常也使用 “點分十進制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用點分割的每一個數(shù)字表示一個字節(jié), 范圍是 0 - 255;
1.1.1源IP和目的IP
在IP數(shù)據包頭部中, 有兩個IP地址, 分別叫做源IP地址, 和目的IP地址，用來表示這個數(shù)據是從哪臺主機發(fā)出來的，要發(fā)給哪一臺主機。
1.2MAC地址
每一臺連入網路的設備都必須需要網卡，每一張網卡在出廠時都有一個唯一性的編號，這個標號就是MAC地址。MAC同樣具有全網內唯一性，通常用于處于局域網中主機之間相互通信。
MAC地址長度為6個字節(jié)，48個比特位。一般用16進制加上冒號的形式來表示，例如： 08：00：27:33：fd：45。
1.3兩套地址體系的區(qū)別
在Linux下查看ip地址和MAC地址的命令為：
[user@VM-8-5-centos ~]$ ifconfig
在這張圖片中，展示的是Linux系統(tǒng)下通過ifconfig命令查看的網絡配置信息，特別是關于以太網接口eth0的詳細配置。接下來，我們分析一下這些內容：
以太網接口eth0:
狀態(tài)標志（flags）: 4163
顯示了接口接收和發(fā)送的數(shù)據包數(shù)量、字節(jié)數(shù)以及相關的錯誤統(tǒng)計（如錯誤、丟棄、溢出等），這些信息對于診斷網絡性能問題非常有用。 環(huán)回接口（lo）:
lo 是環(huán)回接口，用于本機內部通信。它也有自己的IPv4和IPv6地址（127.0.0.1和::1），以及相應的接收和發(fā)送統(tǒng)計。
錯誤消息:
圖片中并未直接顯示明顯的錯誤消息，但提到了“RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0”和“TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0”，這些值都為0，表示在接收和發(fā)送過程中沒有遇到錯誤、丟棄、溢出、幀錯誤、傳輸錯誤、丟棄、溢出、載波丟失或沖突。 接下來，張三又上場了。張三買了一輛自行車，他想挑戰(zhàn)一下自己，所以他覺定騎車從北京到上海。如圖： 北京是起點，上海是終點。從北京到上海沿途要經過很過地方，例如天津。 假如張三途中經過了天津，然后然后不知道該往哪個方向走了，邊找個一個當?shù)厝苏f：“你好，我從北京來，要騎自行車去上海，來到了咱們這里，不知道該怎么走了，你可以幫幫我嗎?”。這個當當?shù)厝吮銦崆榈膶埲f:“你應該繼續(xù)往西走，然后二十公里處，你再找人問問”。就這樣張三又繼續(xù)向西走了二十公里。然后又找了一個人問路，路人得知他要去上海，從西邊來，就告訴他應該轉彎向南走。 張三口中有幾套地址呢？從哪來，到哪去。到哪去是終極目標，就是目的IP。從哪來是源IP。：為我們未來的每個階段提供方向目標，方便路徑選擇。IP地址提供的是方向選擇。上一站從哪來，下一站到哪去。張三每到一處，這個地址就會發(fā)生變化。像這種從一個節(jié)點，跳轉到下一個相鄰的節(jié)點的地址，我們稱之為MAC地址。
如圖所示，跨網絡數(shù)據進行傳輸時，需要路由器。所以路由器必須要同時連接兩個甚至多個局域網。數(shù)據該往哪個方向傳輸由IP地址決定。但是數(shù)據在長距離傳輸?shù)倪^程中會經過多個路由節(jié)點，相鄰路由節(jié)點的選擇由MAC地址決定。
2.端口號
IP（公網IP）地址決定網絡中主機的唯一性。但是僅僅需要IP地址就可以實現(xiàn)數(shù)據的傳輸嗎？ 打開快手刷視頻時，為什么視頻資源可以準確的顯示在快手APP頁面，而不是出現(xiàn)在微信APP頁面呢？ 我們把數(shù)據從主機A傳輸?shù)街鳈CB是目的嗎？真正通信的不是這兩個機器，而是這兩個機器上的應用(人)。但是有可能主機A上不止一個應用（進程），可能同時還會有其他的進程，例如快手打開的同時，微信也開著。那么用什么來標識客戶端或者服務器主機進程的唯一性呢？端口號 為了更好的表示一臺主機上，服務器進程或者客戶端進程的唯一性，我們采用端口號來標識主機上的不同進程。端口號保證主機唯一性即可，即一臺主機上一個端口號只能綁定一個進程，不同主機上的相同端口號綁定的進程可以不同。
公網IP地址(標識主機全網唯一性)+主機上的端口號=表示該進程在全網中的唯一性
所以，網絡通信的本質就是進程間通信嘛！其中的臨界資源就是網絡。 通信是在做什么？通信不就是IO的過程嘛。所以，我們所有的網絡行為只有兩種：①從網絡中接收數(shù)據②發(fā)送數(shù)據到網絡中。 IP保證全網唯一，port保證本機唯一。一個進程可以綁定多個端口號。
進程已經有pid了，為什么還要有端口號呢？ ①系統(tǒng)是系統(tǒng)，網絡是網絡。做到互相解耦。維護成本低 ②一般都是客戶端主動向服務器發(fā)送請求。需要客戶端快速的找到服務器進程。決定了服務器的IP和端口不能隨便改變。所以決定了不能使用輕易會改變的值。pid不太滿足這個條件。
所以，客戶端向服務器發(fā)送消息時，要不要把客戶端的ip和端口號發(fā)給服務器呢？要，因為服務器還有將消息發(fā)回給客戶端。這就決定了在發(fā)送數(shù)據時，一定會多發(fā)一部分數(shù)據——以協(xié)議的形式呈現(xiàn)。
3.網絡字節(jié)序
我們已經知道,內存中的多字節(jié)數(shù)據相對于內存地址有大端和小端之分, 磁盤文件中的多字節(jié)數(shù)據相對于文件中的偏移地址也有大端小端之分, 網絡數(shù)據流同樣有大端小端之分. 那么如何定義網絡數(shù)據流的地址呢?
發(fā)送主機通常將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據按內存地址從低到高的順序發(fā)出;接收主機把從網絡上接到的字節(jié)依次保存在接收緩沖區(qū)中,也是按內存地址從低到高的順序保存;因此,網絡數(shù)據流的地址應這樣規(guī)定:先發(fā)出的數(shù)據是低地址,后發(fā)出的數(shù)據是高地址.TCP/IP協(xié)議規(guī)定,網絡數(shù)據流應采用大端字節(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)定的網絡字節(jié)序來發(fā)送/接收數(shù)據;如果當前發(fā)送主機是小端, 就需要先將數(shù)據轉成大端; 否則就忽略, 直接發(fā)送即可。
那么，如果需要轉化的話，轉化的過程需要誰來完成呢？需要程序員自己來完成轉換工作。當然，操作系統(tǒng)也給我們提供了相應的接口，我們調用即可。 接下來，我們簡單介紹一下這些接口
#include
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
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)序轉換為網絡字節(jié)序,例如將IP地址轉換后準備發(fā)送。 如果主機是小端字節(jié)序,這些函數(shù)將參數(shù)做相應的大小端轉換然后返回; 如果主機是大端字節(jié)序,這些 函數(shù)不做轉換,將參數(shù)原封不動地返回。
網絡套接字
4.套接字
IP+port就可以表示一臺主機的進程在網絡中的唯一性，其中IP+Port合起來被稱為網絡套接字。 接下里，我們先見一下關于網絡套接字創(chuàng)建，綁定端口，使用的相關函數(shù)。
// 創(chuàng)建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客戶端 + 服務器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 綁定端口號 (TCP/UDP, 服務器)
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,
socklen_t address_len);
// 開始監(jiān)聽socket (TCP, 服務器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收請求 (TCP, 服務器)
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);
套接字的種類其實是比較多的。有
網絡套接字：主要用于網絡跨主機之間通信，同時支持本地通信。原始套接字：我們一般的套接字訪問的都是傳輸層的接口，原始套接字可以繞過傳輸層訪問底層的數(shù)據和接口。Unix域間套接字：只能夠支持本地通信。
由于有三套不同的套接字，所以按理來說，操作系統(tǒng)要設計三套不同的接口分別對應三套不同的套接字。但是這對使用者來說簡直是災難，使用者要同時掌握三套接口。所以，為了方便使用，操作系統(tǒng)進行了如下的設計： 我們發(fā)現(xiàn):struct sockaddr_in和struct sockaddr_un的接口不同，這使用起來就很麻煩。所以操作系統(tǒng)就設計了struct sockaddr結構。在使用時，就必須進行強制類型轉換。
寫到這里，本篇博客的內容就結束了，我們下期博客再見！
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參考文章
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