Linux下的socket编程实践（一） 网络基本知识以及 TCP/IP简述

TCP/IP四层模型

ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。与此对照，由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。

应用层： FTP,TELNET为了完成一定的用户需求，自定义协议，QQ协议

传输层：TCP UDP

网络层： ICMP,IP,IGMP

数据链路层： ARP,RARP硬件接口

运行FTP协议的两台主机：

每个层次具有自己的协议，每层之间进行通信；他们的语言一致，我们可以看作是A进程和B进程之间进行对等通信，也就是虚电路（并不是真正的建立连接线）对等数据传输的是逻辑流，例如现在有两个人通过手机进行通信，好像就在耳边，其实是通过电磁波。

封装：

分用：

端口：

端口由IANA分配和控制他们紧密绑定一些服务：0~1023
注册端口：1024~49151，在这之间端口松散的绑定一些服务
动态或者私有（临时）端口 49152~65535（实际上从1024）开始分配
链路层：

以太网的帧格式

链路层的数据包,称为以太网帧; 链路层不识别IP地址[因为IP地址是逻辑地址],链路层识别物理网卡MAC地址[硬件地址]; 需要根据IP地址（逻辑地址）找到对方的MAC地址(ARP地址解析协议)[MAC —> IP地址方向地址解析];MAC->IP 反向地址解析（RARP协议）; 类型（2字节）用来区分IP,ARP,RARP。

//以太网首部代码  
struct ethernet_hdr  
{  
    char dest_mac[6];  
    char src_mac[6];  
    short protocol;  
};  

MTU/路径MTU

链路层具有最大传输单元MTU这个特性，它限制了数据帧的最大长度，不同的网络类型都有一个上限值。以太网的MTU是1500，你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果IP层有数据包要传，而且数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片（fragmentation）操作，使每一片的长度都小于或等于MTU。另外，多个网络的链路层可能有不同的MTU，选择通信路径中较小的MTU，称作路径MTU；但是分片会降低网络的通信效率，应该尽量避免。

ARP地址解析协议

本地ARP高速缓存

//ARP首部代码  
struct arp_hdr  
{  
    unsigned short hwtype;  // 固定1  
    unsigned short protype; // 固定0x0800（代表为IP协议做请求）  
    unsigned char hwaddrlen;    // 固定6（即MAC地址长度）  
    unsigned char proaddrlen;   // 固定4 （即IP地址长度）  
    unsigned short opcode;  // Request - 1, Reply - 0x0002  
    unsigned char sender_mac[6];    // 发送者MAC  
    unsigned char sender_ip[4]; // 发送者IP  
    unsigned char dest_mac[6];  // 接收者MAC  
    unsigned char dest_ip[4];   // 接收者IP  
};  

源端和目的端都将加入ARP缓冲区。

RARP反向地址解析协议，适用于无盘工作站，IP一般存于配置文件中

这个时候要想获取IP地址，就通过RARP协议，通过向RARP服务器发送请求

网络层：

IP数据报

首部最大长度是15*4=60个字节，15最为单位，选项最多有40个字节。

协议类型8位 判断高层是TCP还是UDP，头部校验和校验IP头部的完整性，并不校验数据的完整性。

服务类型：

IP数据报最大可达65535；分片共享一个标识号

网际校验和算法：  http://blog.csdn.net/zhq651/article/details/8515575

//IP首部代码  
struct ip_hdr  
{  
    char  ver_hl;  
    char  tos;  
    unsigned short len;  
    unsigned short id;  
    unsigned short fragment;  
    char ttl;  
    char protocol;  
    unsigned short hdr_chksum;  
    char src_ip [4];  
    char dest_ip [4];  
};  

顺序：搜索匹配的主机地址

搜索网络地址

搜索默认表项

ICMP协议用于传递差错信息、时间、回显、网络信息等控制数据，工作于网络层(IP)，Ping程序使用ICMP协议实现。

//ICMP首部代码  
struct icmp_hdr  
{  
    char    type;           // ICMP报文类型  
    char    code;           // “子类型”  
    unsigned short  icmpchksum; // 校验和  
};  

//UDP首部代码  
struct udp_hdr  
{  
    unsigned short src_port;  
    unsigned short dest_port;  
    unsigned short len;  
    unsigned short chksum;  
}; 

TCP报文头部：

连接建立三次握手

连接终止四次挥手

注：慢启动中的慢 是指基数比较小。

步骤a：应用程序ping会判断发送的是主机名还是IP地址，调用函数gethostbyname()解析主机机B，将主机名转换成一个32位的IP地址。这个过程叫做DNS域名解析.

步骤b：ping程序向目的IP地址发送一个ICMP的ECHO包

步骤c：将目标主机的IP地址转换为48位硬件地址，在局域网内发送ARP请求广播，查找主机B的硬件地址。

步骤d：主机B的ARP协议层接收到主机A的ARP请求后，将本机的硬件地址填充到应答包，发送ARP应答到主机A。

步骤e：发送ICMP数据包到主机B

步骤f：主机B接收到主机A的ICMP包，发送响应包。

步骤g：主机A接收到主机B的ICMP包响应包。