当前位置：首页 > backend >正文

网络编程（一）

backend 2025/7/2 13:37:19

刷题：

网络编程核心要点总结

1. 网络编程基础

目的：了解互联网数据传输过程、常见问题及解决方法，掌握不同协议和模型下的通信实现。
协议：通信双方需遵循相同协议（数据表示与识别的规则）确保数据正常收发。

2. 套接字（Socket）

操作方式：通过 int 类型的套接字文件描述符操作网络通信。
功能：
- 发送端将数据写入套接字文件，接收端从中读取数据。
- 套接字文件包含接收端的 IP地址 和 端口号，用于准确定位主机和进程。

3. OSI七层模型与TCP/IP四层模型

分层原因：各层独立工作，便于维护和快速定位问题。
OSI七层模型：
1. 应用层：用户操作生成数据。
2. 表示层：数据压缩、加密、统一格式（解决字节序和编码差异）。
3. 会话层：管理通信会话（建立、维护、中断）。
4. 传输层：选择协议（如TCP/UDP），控制传输速率。
5. 网络层：选择最佳路由路径。
6. 数据链路层：管理MAC地址。
7. 物理层：定义物理传输标准（如电缆接口、电平值）。
TCP/IP模型：实际工业标准，分为应用层、传输层、网络层、网络接口层。

4. IP地址与分类

IPv4 vs IPv6：
- IPv4：32位，点分十进制格式（如 192.168.1.1），数量有限（约42亿）。
- IPv6：128位，解决地址耗尽问题。
IPv4分类：
- A类（0.0.0.0~127.255.255.255）：公网IP（如云服务器）。
- B类（128.0.0.0~191.255.255.255）：组织内部网络（校园网、政府）。
- C类（192.0.0.0~223.255.255.255）：局域网。
- D类：组播地址（仅局域网）。
- E类：保留实验使用。
特殊IP：
- 网段号：如 192.168.1.0。
- 广播地址：如 192.168.1.255（向网段内所有主机广播）。

5. 子网掩码

作用：划分子网，减少广播风暴。
格式：与IP地址类型匹配，如C类IP的子网掩码为 255.255.255.0。
子网计算：子网网段号 = IP地址 & 子网掩码。
- 示例：192.168.1.2 & 255.255.255.128 → 划分出 192.168.1.0 和 192.168.1.128 两个子网。

6. 域名系统（DNS）

功能：将IP地址转换为易记域名（如 www.baidu.com）。
域名层级：
- 一级域名：国家（.cn）。
- 二级域名：组织性质（.com、.edu）。
- 三级域名：组织名称（baidu）。
- 四级域名：服务类型（www）。

7. 字节序与转换函数

网络字节序：大端模式。
转换函数：
- htonl()、htons()：本地转网络字节序（用于 int 和 short 类型）。
- inet_pton()：字符串IP转二进制（支持IPv4/IPv6）。
- inet_ntop()：二进制IP转字符串。

8. 端口号（Port）

范围：0~65535，其中 0~1023 为系统保留端口（如SSH:22，MySQL:3306）。

9. TCP与UDP协议

TCP：
- 特点：面向连接、可靠传输（应答机制、数据重发）、粘包与分包（数据拼接或拆分发送）。
- 适用场景：要求数据完整性的应用（文件传输、网页浏览）。
UDP：
- 特点：无连接、不可靠传输（可能丢包）、数据报独立发送（上限约4096字节）。
- 适用场景：实时性要求高（视频通话、在线游戏）。

10. 关键问题

粘包与分包：
- 粘包：多个数据包合并发送（如连续发送400+500+600字节）。
- 分包：单个数据包因超限拆分为多次发送（如1800字节拆为1500+300字节）。

总结：网络编程核心围绕协议、地址、数据传输模型展开，需掌握分层模型、IP/子网划分、TCP/UDP特性及数据转换方法，以解决实际通信中的问题。

套接字核心要点总结

1. 套接字定义与功能

功能演变：
- 最初用于进程间通信（IPC），类似管道、消息队列。
- 支持TCP/IP协议后，扩展为网络通信工具，称为域套接字。
核心作用：通过套接字文件实现数据收发，包含接收端IP和端口信息。

2. 套接字工作流程

写入地址：将接收端的IP和端口写入套接字文件。
写入数据：将待发送数据存入套接字文件。
发送文件：通过同一函数同步发送地址和数据。

3. 服务端配置步骤

3.1 创建套接字文件
使用函数：
```
int socket(int domain, int type, int protocol);
```
- 参数说明：
  - domain：通信域，如AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）、AF_UNIX（本地IPC）。
  - type：套接字类型，决定协议：
    - SOCK_STREAM：面向连接的TCP协议（可靠传输）。
    - SOCK_DGRAM：无连接的UDP协议（不可靠传输）。
  - protocol：通常设为0，根据type自动选择协议。

3.2 绑定IP和端口

结构体定义：

struct sockaddr_in 
{sa_family_t    sin_family;  // 地址族（固定AF_INET）in_port_t      sin_port;    // 端口号（需用htons转换网络字节序）struct in_addr sin_addr;    // IP地址（需用inet_pton或inet_addr转换）char           sin_zero[8]; // 填充字段
};

绑定函数：
```
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
```
- 参数：套接字描述符、地址结构体指针（需强制转换(struct sockaddr*)&addr）、结构体长度。
- 关键点：
  - 端口被占用时bind()会失败，需错误处理（如检查返回值）。
  - IP过滤规则：
    - 0.0.0.0：接受任意IP。
    - 127.0.0.1：仅接受本地通信。

4. 客户端操作（补充）

连接服务端：使用connect()函数（未在原文详细说明）。
数据发送：通过send()或write()写入套接字文件。

5. 注意事项

字节序转换：端口号需用htons()转为网络字节序（大端模式）。
IP地址转换：
- inet_pton()：推荐使用，支持IPv4/IPv6（示例：inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &addr.sin_addr)）。
- inet_addr()：仅支持IPv4，已逐渐淘汰。
错误处理：bind()失败常见原因为端口占用，需通过返回值检测。