Linux-协议-OSI七层模型-TCP/UDP-数据流向-ip/端口-网络字节序

Posted 2021-05-24 天津 唐秙

文章目录

• 1. 协议
• 2. OSI七层模型（网络模型，网络分层模型）
• 3. TCP/IP四层（或者五层）模型
• 4. 数据流向
• 5. ip、端口的本质和作用
• • 5.1 ip地址
  • 5.2 端口
• 6. 常见的面试问题
• 7. 网络字节序
• 8. UDP的socket编程

1. 协议

1.什么是协议？
  协议是双方约定同一种语言，进行沟通。
2.什么是网络协议？
  通信双方，约定通信时使用的数据格式，进行网络通信。例子：人a和人b拿手机进行通信，人a->手机a->a地的基站->b地的基站->手机b->人b
3.协议分层
  网络是有分层结构的，每一个分层当中有不同的网络协议，不同的网络协议完成不同的事情，不同的分层都有自己要完成的事情。
4.网络协议簇
  网络协议簇指的是很多个网络的分层，以及每一个分层需要完成的功能，以及每一个分层拥有的协议，还规定了每一个分成与自己上下层的关系。

2. OSI七层模型（网络模型，网络分层模型）

  OSI七层模型：工业中并没有广泛的应用，因为划分的太繁琐。主要有物数网传会表应，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

3. TCP/IP四层（或者五层）模型

  应用层：程序员写的代码都是在应用层代码，也就是说程序员是在这一层工作的。
  传输层：端与端之间的传输，端指的是端口（port）（端点）。
  网络层：ip地址管理（增加源ip，目的ip）和路由选择（要去往哪一个目的主机），典型的设备：路由器。
  数据链路层：网络数据帧的传输，负责相邻设备之间的传输，典型设备：交换机。
  物理层：将二进制数据转换为光电信号，进行传输，典型设备：集线器（远距离传输光电信号时，波峰和波谷的差值会变小，因此需要集线器来放大信号）。

4. 数据流向

1.微信是否是应用程序？微信产生的数据是不是应用层数据？
  微信是应用程序，因为微信是工作在应用层的。微信产生的数据是应用层数据。
2.数据的传输流向，以微信消息为例。

• 你吃了没->应用层->传输层->网络层->数据链路层->物理层->光电信号->对端物理层->对端数据链路层->对端网络层->对端传输层->对端应用层-》你吃了没

  网络数据的转发需要先经历自己的网络协议栈，进而通过网络将数据转化成为光电信号，传输到对端机器。
  对端机收到数据之后，需要经历自己的机器网络协议栈的层层向上提交，一直到将数据提交到应用层的应用程序。

5. ip、端口的本质和作用

5.1 ip地址

  ipv4版本的ip地址，本质上是一个unit32_t的整数，范围：（0-42亿+），也就是意味着ipv4版本的ip地址只有42亿多个。
  ipv4版本的ip地址，通常是使用点分十进制的方式来表示的，例如“192.168.138.2”。
  点分十进制：以“.”分隔出来了4部分，每一个部分占用1个字节，换句话说，每个部分的每个数字的范围都是（0-255）
  作用：可以在网络当中唯一标识一台主机。
  一个ip地址只能被一台机器所占有（有疑问的），一个公网ip只能被一台机器所占有，一个机器可以拥有多个ip地址。
  NAT地址转换协议

5.2 端口

1.端口的本质
  uint16_t的整数，范围（0，65535）
2.作用
  在一台机器当中唯一标识一个进程。引申出来的含义：一个端口只能被一个进程所绑定，一个进程可以绑定多个端口。

6. 常见的面试问题

1.一条网络数据需要网络转发的时候，需要具备哪些条件？
  网络数据的五元组信息{源IP地址，源端口，目的IP地址，目的端口，协议}，网络数据当中是一定存在五元素信息的，否则网络就无法转发。

2.网络协议栈在进行数据的转发的时候，做了哪些事情？
  数据的封装与分用

3.对于接收而言，所有的网络数据都是需要经过网络协议栈的，但是怎么区分网络数据到底是属于哪个应用程序的？
  如果上面的内容您认真看完，这个问题就很简单了，通过端口进行区分。

7. 网络字节序

1.什么是字节序？
  CPU对内存数据的存取顺序

2.大端字节序&小端字节序

  小端：低位保存在低地址（大多数）
  大端：低位保存在高地址

3.网络字节序
  采用大端字节序进行传输

4.主机字节序
  主机字节序指的是机器具体的字节序，主机是大端，则认为主机字节序是大端，主机是小端，则认为主机字节序是小端。

5.网络数据需要继续转发之前：主机字节序转换成为网络字节序
6.网络数据接收之前：网络字节序转换成为主机字节序
7.为什么网络数据需要转化成为网络字节序？
  网络规定采用大端字节序作为网络字节序，路由设备或者交换机需要对网络数据进行分用到网络层，以获取到“目的ip地址”，而这些设备继续分用的时候默认是按照网络字节序进行分用的。
8.对于UDP协议：
（1）无连接：当UDP客户端想要给UDP的服务端发送数据的时候，只需要知道服务端的IP地址和端口，就可以直接发送了，但是不知道服务器是否运行。引申含义：在发送数据之前是不知道服务端的状态信息的。
（2）不可靠：不保证UDP的数据一定到达对端机器（可能存在网络闪断（断网），网络丢包（路由转发能力不足））
（3）面向数据报：UDP数据是整条数据接收和发送的（每次转发是整条的，之间没有关系）
9.TCP协议
（1）有连接：连接双方在发送数据之前，需要进行连接（需提前告知，沟通连接的信息）。
（2）可靠传输：保证数据是有序可靠到达对端的。
（3）面向字节流：上一次和下一次的数据是没有明显的数据边界的。
存在TCP粘包问题

8. UDP的socket编程

1.编程流程：
  CS模型：client-server
  BS模型：浏览器-服务端

2.创建套接字
  int socket

domain： 指定当前的地址域，指定网络层当中使用什么协议
  AF_INET：ipv4网络
  AF_INET6：ipv6网络
  AF_UNIX：本地域套接字
type： 创建套接字的类型
  SOCK_DGRAM：用户数据报套接字->UDP协议
  SOCK_STREAM：流式套接字->tcp协议
protocol：
  0：表示使用套接字类型默认的协议
  IPPROTO_UDP：17
  IPPROTO_TCP：6
返回值：
  返回套接字描述符，套接字描述符本质上就是一个文件描述符
  成功：大于等于0
  失败：小于0
  创建套接字目的是在内核当中创建一个与协议相关的缓冲区，用来保存应用层给传输层的数据，或者是网络层给传输层的数据

代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket");
        return 0;
    }

    printf("sockfd: %d\\n", sockfd);
    while(1)
    {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

  文件描述符的值默认是从0开始，标准输入，标准输出，标准错误。

  查看进程的调用堆栈，因为要看现象，主函数当中死循环，所以能看见sleep。

文件描述符
  指向了内存当中的一块缓冲区，不是指向一个文件，所以闪红。