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linux tcp/ip 网络通信编程

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文件名：?server.c?

linux?下socket网络编程简例??-?服务端程序

服务器端口设为?0x8888???（端口和地址可根据实际情况更改，或者使用参数传入）

服务器地址设为?192.168.1.104

作者:kikilizhm#163.com?(将#换为@)

*/

#include?stdlib.h

#include?sys/types.h

#include?stdio.h

#include?sys/socket.h

#include?linux/in.h

#include?string.h

int?main()

{

int?sfp,nfp;?/*?定义两个描述符?*/

struct?sockaddr_in?s_add,c_add;

int?sin_size;

unsigned?short?portnum=0x8888;?/*?服务端使用端口?*/

printf("Hello,welcome?to?my?server?!\r\n");

sfp?=?socket(AF_INET,?SOCK_STREAM,?0);

if(-1?==?sfp)

{

????printf("socket?fail?!?\r\n");

????return?-1;

}

printf("socket?ok?!\r\n");

/*?填充服务器端口地址信息，以便下面使用此地址和端口监听?*/

bzero(s_add,sizeof(struct?sockaddr_in));

s_add.sin_family=AF_INET;

s_add.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);?/*?这里地址使用全0，即所有?*/

s_add.sin_port=htons(portnum);

/*?使用bind进行绑定端口?*/

if(-1?==?bind(sfp,(struct?sockaddr?*)(s_add),?sizeof(struct?sockaddr)))

{

????printf("bind?fail?!\r\n");

????return?-1;

}

printf("bind?ok?!\r\n");

/*?开始监听相应的端口?*/

if(-1?==?listen(sfp,5))

{

????printf("listen?fail?!\r\n");

????return?-1;

}

printf("listen?ok\r\n");

while(1)

{

sin_size?=?sizeof(struct?sockaddr_in);

/*?accept服务端使用函数，调用时即进入阻塞状态，等待用户进行连接，在没有客户端进行连接时，程序停止在此处，

???不会看到后面的打印，当有客户端进行连接时，程序马上执行一次，然后再次循环到此处继续等待。

???此处accept的第二个参数用于获取客户端的端口和地址信息。

????*/

nfp?=?accept(sfp,?(struct?sockaddr?*)(c_add),?sin_size);

if(-1?==?nfp)

{

????printf("accept?fail?!\r\n");

????return?-1;

}

printf("accept?ok!\r\nServer?start?get?connect?from?%#x?:?%#x\r\n",ntohl(c_add.sin_addr.s_addr),ntohs(c_add.sin_port));

/*?这里使用write向客户端发送信息，也可以尝试使用其他函数实现?*/

if(-1?==?write(nfp,"hello,welcome?to?my?server?\r\n",32))

{

????printf("write?fail!\r\n");

????return?-1;

}

printf("write?ok!\r\n");

close(nfp);

}

close(sfp);

return?0;

}

/*************************************

文件名：?client.c?

linux?下socket网络编程简例??-?客户端程序

服务器端口设为?0x8888???（端口和地址可根据实际情况更改，或者使用参数传入）

服务器地址设为?192.168.1.104

作者:kikilizhm#163.com?(将#换为@)

*/

#include?stdlib.h

#include?sys/types.h

#include?stdio.h

#include?sys/socket.h

#include?linux/in.h

#include?string.h

int?main()

{

int?cfd;?/*?文件描述符?*/

int?recbytes;

int?sin_size;

char?buffer[1024]={0};????/*?接受缓冲区?*/

struct?sockaddr_in?s_add,c_add;?/*?存储服务端和本端的ip、端口等信息结构体?*/

unsigned?short?portnum=0x8888;??/*?服务端使用的通信端口，可以更改，需和服务端相同?*/

printf("Hello,welcome?to?client?!\r\n");

/*?建立socket?使用因特网，TCP流传输?*/

cfd?=?socket(AF_INET,?SOCK_STREAM,?0);

if(-1?==?cfd)

{

????printf("socket?fail?!?\r\n");

????return?-1;

}

printf("socket?ok?!\r\n");

/*?构造服务器端的ip和端口信息，具体结构体可以查资料?*/

bzero(s_add,sizeof(struct?sockaddr_in));

s_add.sin_family=AF_INET;

s_add.sin_addr.s_addr=?inet_addr("192.168.1.104");?/*?ip转换为4字节整形，使用时需要根据服务端ip进行更改?*/

s_add.sin_port=htons(portnum);?/*?这里htons是将short型数据字节序由主机型转换为网络型，其实就是

????将2字节数据的前后两个字节倒换，和对应的ntohs效果、实质相同，只不过名字不同。htonl和ntohl是

????操作的4字节整形。将0x12345678变为0x78563412，名字不同，内容两两相同，一般情况下网络为大端，

????PPC的cpu为大端，x86的cpu为小端，arm的可以配置大小端，需要保证接收时字节序正确。

?*/

printf("s_addr?=?%#x?,port?:?%#x\r\n",s_add.sin_addr.s_addr,s_add.sin_port);?/*?这里打印出的是小端

????和我们平时看到的是相反的。?*/

/*?客户端连接服务器，参数依次为socket文件描述符，地址信息，地址结构大小?*/

if(-1?==?connect(cfd,(struct?sockaddr?*)(s_add),?sizeof(struct?sockaddr)))

{

????printf("connect?fail?!\r\n");

????return?-1;

}

printf("connect?ok?!\r\n");

/*连接成功,从服务端接收字符*/

if(-1?==?(recbytes?=?read(cfd,buffer,1024)))

{

????printf("read?data?fail?!\r\n");

????return?-1;

}

printf("read?ok\r\nREC:\r\n");

buffer[recbytes]='\0';

printf("%s\r\n",buffer);

getchar();?/*?此句为使程序暂停在此处，可以使用netstat查看当前的连接?*/

close(cfd);?/*?关闭连接，本次通信完成?*/

return?0;

}

网络--TCP/IP（四）TCP 与 UDP 协议简介

从本节开始，我们开始学习最重要的传输层。传输层位于OSI七层模型的第四层（从下往上）。顾名思义，传输层的作用是实现应用程序间的通信。网络层的作用是保证数据在不同数据链路上传输的可达性，至于如何传输则是由传输层负责。

常见的传输层协议主要有 TCP和UDP 协议。

UDP协议最大的特点就是简单，UDP首部如图：

和UDP首部相比，TCP首部要复杂的多。解析这个首部的时间也会相应的增加，这也是TCP连接的效率低于UDP的原因之一。

TCP是面向有连接的协议，连接在每次通信前被建立，通信结束后被关闭。了解连接建立和关闭的过程通常是考察的重点。连接的建立和关闭可以用一张图来表示：

通常情况下我们认为客户端首先发起连接请求。

1.发送端发送一个SYN=1，ACK=0标志的数据包给接收端，请求进行连接，这是第一次握手；

2.接收端收到请求并且允许连接的话，就会发送一个SYN=1，ACK=1标志的数据包给发送端，告诉它，可以通讯了，并且让发送端发送一个确认数据包，这是第二次握手；

3.最后，发送端发送一个SYN=0，ACK=1的数据包给接收端，告诉它连接已被确认，这就是第三次握手。之后，一个TCP连接建立，开始通讯。

*SYN：同步标志

同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。

*ACK：确认标志

确认编号(Acknowledgement Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1，Figure-1)为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。

*RST：复位标志

复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。

*URG：紧急标志

紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位，

*PSH：推标志

该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时，该标志总是置位的。

*FIN：结束标志

带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据

根据一般思路，我们认为第三次是多余的，TCP协议为什么还要增加第三次的握手呢？

这是因为在网络请求的时候，我们应该时刻记住“网络是不安全的，数据包是可能丢失的”。假设没有第三次确认，客户端向服务端发送了SYN包，请求建立连接。由于网络原因，服务器没有及时收到这个包，于是客户端重新发送了SYN包。正常建立了连接。此时超时的那个确认包到达了服务端，如果是两次握手此连接就建立了，服务端就建立了一个空连接，白白浪费资源。如果是三次，客户端判断这个确认包是无效的，就丢弃了。

三次握手实际其实解决了第二步丢包问题。那么第三步的ACK包丢失了，TCP协议是如何处理的呢？

按照TCP协议处理丢包问题的一般方法，服务器会重新向客户端发送确认包，知道ACK确认为止。但实际上这种做法有可能遭到SYN泛洪攻击。所谓的泛洪攻击，是指发送方伪造多个IP地址，模拟三次握手的过程。当服务器返回ACK后，攻击方故意不确认，从而使服务器不断重发ACK。由于服务器长时间处于半连接状态，最后消耗过多的CUP和内存资源导致死机。

所以服务端采用的是这种方法，发送RST数据包，进入close状态，这个RST数据包中的TCP首部中的控制位中的RST位被置为1。这表示连接信息全部被初始化，原有的TCP通信不能继续。客户端如果还想建立TCP连接，需要从第一步握手重新开始。

（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。

（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。

（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

谁能给我讲 TCP/IP

分类: 电脑/网络 互联网

解析:

TCP/IP(图片请参考我的参考资料网址)

1. 前言

本文用于介绍TCP/IP协议的最基本内容，十分简单，也十分基本，如果希望了解详细的内容，请参阅其它资料，这只是给初学者用的。

2. TCP/IP介绍

TCP/IP通常指的是关于TCP和IP的任何东西，它是一个统称，它既可以包括其它协议，其它应用程序，还可以包括网络介质。

2.1 基本结构

为了理解这个技术，最好称理解下图：

这个结构存在于Inter中计算机之中，它决定了计算机在网络上的动作。

2.2 名词

数据块的名称会因为它处于不同的协议栈而不同。这里给出一个总结：在以太网时，它称为一个以太网帧，在IP上时，它称为IP包，如果数据在IP和UPD之间一般称为UDP数据报，而数据如果在IP和TCP之间，则称为TCP段（或消息），而数据在应用程序中时，则称为应用程序消息。这种定义不是绝对的，不同的文章会有不同的说法。

2.3 数据流

数据流从应用程序流向TCP或UDP，我们通常知道的FTP是应用TCP协议的，而SNMP协议却是使用UDP协议的。数据由不同协议模块流向同一个以太网适配器。由适配器将数据传送到网络介质上去。上面的过程在接收方反向发生。

以太帧传送到ARP或IP模块中，而以太帧中的数据决定此数据是由IP还是由ARP处理。如果是供IP处理的包，则由IP模块直接传送给TCP或UPD，具体传送给谁这由IP包头决定。而UDP包内的数据决定了应该由UPD协议上层的哪一个应用程序接收这个数据，这一点和TCP是一致的。数据在从应用程序下传到网络时，过程比较简单，各层把在数据上加入自己的包头信息，然后传送给下一层就行了。虽然Inter支持多种网络介质，但是一般我们都拿以太网范例。这里我们需要记住的是以太地址是唯一的，全球唯一的。计算机同时也拥有一个四个字节的IP地址，这个地址用于标记IP模块的地址，但对于Inter来说，IP地址不见得是唯一的。一台运行着的计算机通常知道自己的IP地址和以太地址。

2.4 两个网络接口

下图中一台计算机连接了两个以太网。

请注意：上图中的计算机拥有两个IP地址和以太地址。这时IP模块将对应于多个物理适配器。

多个IP模块对应多个物理适配器时，情况要复杂一些。

上图说明了IP转发的过程，专用于转发IP包的计算机我们称为IP路由器。从上图中我们可以看出，IP转发的时候根本不需要TCP和UDP，所以有些IP路由器的实现中根本没有TCP和UPD模块。

2.5 IP创建信号逻辑网络

数据在从应用程序向网络介质传送的过程中，被各种协议加上包头，而由网络介质向应用程序传送时，这些加入的包头被一个个取消，而IP层加入的信息构成了一个逻辑网络，这个逻辑网络是相对于多个物理网络而言的。多个物理网络相互连接，就是我们现在经常听到的Inter的由来。

2.6 物理网络独立性

IP将下层的网络结构对上层的应用程序隐藏起来，如果您发明了一种新的网络，您只需要实现一种驱动程序，让它能够和IP进行通信就可以使您的网络连接入Inter。

2.7 互连性

如果Inter上的两台计算机能够进行通信，我们称它们互连了。我们的计算机一般都具有互连性，因此我们购买的计算机一般都可以在网络上相互通信。

3. Ether

下面我们看看以太技术，一个以太帧包括源地址，目的地址，类型域和数据。一个以太地址6个字节，每个以太适配器都有唯一的以太地址，而地址"FF-FF-FF-FF-FF-FF"代表一个广播地址。以太网使用CSMA/CD技术，这个技术使设备共享一条传输介质，某一时刻只能一台设备传送数据，如果两台同时传送就会产生冲突，而解释这种冲突的办法就是两个设备停一会儿（一个随机的时间）再传送数据。

我们可以把以太技术想成许多人在一个黑屋子里说话，如果每次只有一个人说，那么对这个话感兴趣的人就会听到，记录下来，而不感兴趣的人就不管它就是了。如果两个人同时说，两个人就会听到自己在说话的时候还有另外一个人也在说，于是就停下来，过一会儿再说，这样来达到传送消息的目的。这里需要注意的是，屋子里的每个人有一个唯一的名字，这个名字就是以太地址，而如果某个人想对所有人说话，它就应用那个广播地址传送消息就可以了。

4. ARP

ARP是为了解决IP包发出后，目的以太地址如何确定的问题。ARP是用来将IP地址解释为以太地址的协议，这个协议只对由IP传出的数据有用。

4.1 ARP地址翻译表

这个翻译的过程中通过查询一张表进行的，每个机器的IP地址和以太网卡号就在这个表中，如果我想向一个IP地址发送消息，只需要查询一下这张表，知道目的以太地址是什么就可以了。下面就是一张这个的ARP表：

IP地址 以太地址

223.1.2.1 08-00-39-00-2F-C3

223.1.2.3 08-00-5A-21-A7-22

223.1.2.4 08-00-10-99-AC-54

图1. ARP表

IP地址在机器内部是一个4字节数，而人类的表示是如上表中的表示方法，这种方法称为点为十进制。这种翻译表是必须的，因为IP地址的选择和以太地址的选择是独立进行的。以太地址是生产厂商根据分配给它的地址空间直接烧结在网卡上的。

4.2 经典的翻译过程

在通常网络操作进行时，应用程序发送消息到TCP（或UDP），由TCP（或UDP）传送消息到IP模块，目的IP地址是已知的，在将这个包传送到以太适配器时一定要查找这个翻译表知道目的以太地址是什么。而这时ARP就管用了。

4.3 ARP请示/响应对

但是，ARP表如何从空变得那么充实呢？这是由ARP协议来完成填充工作的，它工作的基本过程是“需时再取”的原则。当ARP不能用于查询以太地址时，会发生下面两件事情：

1. ARP用以太广播地址发送一个以太包到网络上，所有的计算机都会接收到这个包；

2. 将需要发送的IP包放入发送队列中；

发出的那个以太包就象一个问路的人一样，它带有如下信息：“如果您的IP地址和我想找的IP地址一样，请告诉我您的以太地址”，下面是一个ARP请示包的例子：

发送者IP地址 223.1.2.1

发送者以太地址 08-00-39-00-2F-C3

目标IP地址 223.1.2.2

目标以太地址 （空）

表2. ARP请示包例子

每台计算机的ARP模块检查自己的IP地址是不是和这个包内的IP地址一致，如果不一致，就什么也不干，如果一致，则返回一个响应，其中包括的信息指出了这个IP地址的以太地址。下面是一个响应包的例子：

发送者IP地址 223.1.2.2

发送者以太地址 08-00-28-00-38-A9

目标IP地址 223.1.2.1

目标以太地址 08-00-39-00-2F-C3

表3. ARP响应包例子

这个响应由原来发出请求的计算机接收，ARP就将相应的IP地址和以太地址加入ARP表中，这个过程不断地发生，这个表也就不断地加大了，更新过的ARP表如下图所示：

IP地址 以太地址

223.1.2.1 08-00-39-00-2F-C3

223.1.2.2 08-00-28-00-38-A9

223.1.2.3 08-00-5A-21-A7-22

223.1.2.4 08-00-10-99-AC-54

表4. 更新后的ARP表

这个请求与响应的过程十分迅速，放入队列的IP包现在可以取出发送了，因为所需要的以太地址已经有了，可以发送了。如果没有目的主机，发出的请求就不会有回应，IP层抛弃需要发送的IP包，而上层协议也不清楚是网络断了，还是不存在目的主机，IP层不负责报告错误类型。

5. Inter协议

IP模块是Inter技术的核心，而它的路由技术是它成为核心的基础。了解路由需要也解互连是什么。

5.1 直接路由

下图是一个只有三台计算机的小网络，每台计算机有运行一个TCP/IP协议栈，每个计算机配有以太适配器，每个计算机都被指定一个独立的IP地址。

当A发送IP包到B时，IP包头包括A的IP地址（这是源地址）和A的以太地址（这是源以太地址）；同时这个包也包括B的IP地址和以太地址作为目的地址。

地址 源 目的

IP头 A B

以太头 A B

表5. 从A到B的IP包

在这种情况下，使用IP是多余的，因为它根本没有起到什么作用，用IP只能增加多余的处理时间，占用了多余的传输带宽。B接收到这个包后，IP层检查这个包内的目的地址是不是和自己的IP地址一致，如果一致则将数据返回给上层协议。这称为直接路由。

5.2 间接路由

下面这个示意图更接近Inter真实的情况。三个小的以太网，每个网络中有三台计算机，它们有唯一以太地址，IP地址，这三个网络通过一台路由器连接，这台路由器有一个IP地址和三个以太地址，因为它和三个网络连接，当然要三个了。这里一定要记住，IP地址只有一个。

计算机D是一台路由器，它的TCP/IP协议栈内可能根本没有TCP和UDP，而可能有多个ARP模块和多个以太驱动程序（因为有多个以太适配器，所以要多个驱动程序才可以）。网络管理员为每个子网（上图中有三个子网）指定一个网络号，是这个网络的名称，这个名称在上图是没有表示。

如果计算机A希望和计算机B通信，采用直接路由就可以了。这个过程上面已经说过了。在同一个子网内均采用直接路由。如果计算机D希望和计算机A通信，这也是直接路由，直接通信就行了，D和其它所有计算机的通信都是直接通信。但是如果计算机A希望和非本子网内的计算机通信就不能采用直接路由了，它发送的IP包必须发到计算机D，由计算机D向其它网络发送，这种通信就是非直接的。

路由对于IP协议上层的协议来说是透明的，它们根本不知道有什么路由存在。

请注意下面的图，源地址是计算机A的，目的IP地址是计算机E，而目的以太地址却是计算机D的，这是因为计算机A和计算机E不处于同一个子网内，不能直接通信，需要由计算机D进行转发，因此这包只能发往计算机。

地址 源 目的

IP头 A E

以太头 A D

表6. 从计算机A到计算机E以太帧示意图

对于计算机D来说，它的以太帧地址如下：

地址 源 目的

IP头 A E

以太头 D E

表7. 从计算机D到计算机E以太帧示意图

因为计算机D和计算机E可以直接通信。我们可以看到，在直接通信时，目的IP地址和以太地址都是接收者的，而在非直接通信时，目的IP地址是接收者的，而目的以太地址却是路由器的。上面的例子比较简单，真实的路由要比这个复杂得多，因为现实中的网络十分大，要许多路由器同时工作，这时的情况就比较复杂了。

5.3 IP路由规则

对于要发出的IP包，IP必须决定如何发送，是采用直接发送还是非直接发送，这是在路由表的帮助下完成的。对于传入的IP包，IP模块必须能够识别它是不是自己需要的包，如果是自己需要的，就把数据传送到上一层协议中，如果不需要则进行转发。在IP包达到目的地址后，它不再转发了。

5.4 IP地址

IP地址是由网络管理者为一台计算机指定的地址，IP地址的一部分作为网络号，另一部分作为网络中的主机号。具体内容请大家查询相关资料。IP地址是由NIC管理的，所有直接连接到Inter上的计算机如果需要IP地址，必须和NIC联系，则它指定；如果您需要建立自己的网络，那相应的网络号也需要从NIC取得。

5.5 名称

人们喜欢使用计算机的名称，而不喜欢使用数字来标记一台计算机，对于小型网络，计算机名和IP地址的对应表可以保存在每台计算机上，如果是一个大型网络，则需要一台专用的计算机来负责IP地址到计算机名的转换。下面就是一个IP地址和计算机名的对应表。

223.1.2.1 alpha

223.1.2.2 beta

223.1.2.3 gamma

223.1.2.4 delta

223.1.3.2 epsilon

223.1.4.2 iota

前一列是IP地址，后一列是计算机名。您可以为一个计算机名指定多个IP地址，那么通过哪一个IP地址都可以访问这台计算机。这个拥有多个IP地址的计算机在接收到包后，可以根据目的地址知道是不是发向自己的包，这个目的地址可以是自己的任何一个地址。名称也用于网络号，下面就是一个例子：

223.1.2 development

223.1.3 accounting

223.1.4 factory

前一列是IP地址，后一列是网络名。我们可以这个表上面的表对比一下，看看各个计算机属于什么网络。

5.6 IP路由表

我们上面已经提到过路由表这个名词，下面我们就仔细看一下这张表。它通常是由下面几列构成的：IP网络号，直接/非直接标记，路由器IP地址和接口号。这张表一般由管理员负责维护，因为是他为你的计算机指定了IP地址。

5.7 直接路由

下面我们仔细看一下我们上面看过的直接路由的例子。

在计算机alpha内的路由表如下所示：

网络 直接/非直接标记 路由器 接口号

development 直接 （空） 1

表8. 路由表范例

我们可能通过UNIX下的"stat -r"命令看到类似这样的结果。

5.8 实例

Alpha发送IP包到beta，alpha中的IP包的目的地址是beta的地址（223.1.2.2）。IP取得网络号部分，查询路由表中的第一部分，看这个包应该包到什么地方，它发现这个网络和表中的第一个项目一致。而这个项目中的其它信息表示，目的计算机可以直接通信，于是直接进行ARP翻译（解析），通过接口1发送数据。

5.9 非直接路由

下面我们仔细看一下我们上面看过的非直接路由的例子。

计算机alpha内的路由表如下所示：

网络 直接/非直接标记 路由器 接口号

development 直接 （空） 1

accounting 非直接 devrouter 1

factory 非直接 devrouter 1

表10. Alpha内的路由表

5.10 实例

Alpha发送IP包到epsilon，IP包内的目的地址是epsilon的（223.1.3.2）。IP分析目的地址的网络号部分，查询路由表中的第一列，发现第二个项目符合条件。此项目中的信息表示计算机可以由路由器devrouter达到，Alpha的IP模块进行ARP解析，将数据通过接口1传送到devrouter的IP地址上。这个包仍然包括着目的机IP地址223.1.3.2。这个包到达development网络接口，传送到delta计算机的IP模块，delta计算机发现这个包不是给它的，于是决定转发。Delta的IP模块从目的地址中解析出网络号，查询路由表，Delta的路由表如下所示：

网络 直接/非直接标记 路由器 接口号

development 直接 （空） 1

factory 直接 （空） 3

accounting 直接 （空） 2

表11. Delta的路由表

第二条符合条件，于是IP模块接口3将数据发送到计算机epsilon，IP包到达epsilon时，epsilon的IP模块发现目的地址和自己的一致，于是将接收到的数据向上一层协议传送。

5.11 路由总结

在一个大型网络中，IP包在到达目的计算机前一般需要经过多个路由器，它前进的路线不是事先定好的，而是在各个路由器上一步步查询出来的，每个计算机只管一段，只保证把数据传送到下一站，至于下一站怎么办，它就不管了。

5.12 管理路由

在大型网络的每台机器上支持一张路由表可不是件容易事，路由器如果出了问题会对网络传输不能进行。我们也可以使用ICMP协议对网络进行监控。一台机器从一个地方移到另一个地方必须更改计算机的IP地址，如果要更新主机地址文件，这简单是不可能的，而DNS帮助解决这个问题。

6. 用户数据报协议（UDP）

UDP是在IP上的两个重要协议之一，它为用户的网络应用程序提供服务，我们经常使用的NFS，SNMP就是使用UDP协议的。UDP协议不是面向连接的。这一点是和TCP协议不同的。UDP在IP包上加上了端口号和校验码两个参数。

6.1 端口

一台计算机上的客户程序如何达到服务器呢？应用程序和UDP的通信线路是通过UDP端口一样的，这些端口是数字的，以0开始，一个端口一般和一个服务对应。服务器和客户就在这个端口等待对方的请求（或应答）。UDP保留由应用程序定义的消息边界。它决不把两个消息连接起来，或把一个消息分成两部分。

6.2 校验码

如果接收到的IP包内有一个标记“UDP”，IP模块就把数据传送到UDP，UDP检查校验码，如果运算得出的结果为0，数据是正确的。UDP的校验码可以产生也可以不产生。传送来的UDP包如果超过了上层应用程序的处理能力，就会暂时保存起来，如果保存的数据已经超过一定限制，则把UDP丢弃。

7. 传输控制协议（TCP）

TCP提供的服务不同于UDP，它们的最大区别在于TCP是面向连接的，TCP保证数据一定传送到接收者，而UDP可不保证。TCP用于一定要保证数据传输的场合，我们通常知道的FTP，TELNET是基于TCP协议的，而其它的一些TCP网络应用程序包括X-Window系统，rcp（远程复制）和R系列命令也是使用TCP的，TCP提供这样好的服务也是有代价的，它需要更多的CPU处理时间和网络带宽，TCP模块的复杂度也比UDP大得多。

与UDP相同的是，应用程序必须和TCP端口连接请求服务，接收和发送数据。在应用程序开始运行时，服务器和客户机上的TCP模块开始相互通信，这两个TCP包含了状态信息，维持一条虚链路，这条虚链路是全双工的。TCP可以任意打包数据，不必管什么边界。例如，应用程序可以在一个端口写5次，远方的应用程序可以读10次把数据读完，这和UDP不同，在UDP下，在一个端口写几次，远程应用程序就要读几次。

TCP支持滑动窗口协议，双方都进行流量控制，因此不会让缓冲区满。这也和UDP不同，在UDP的情况下，缓冲区可能因为应用程序的处理能力不足而变满。对于滑动窗口协议，它指定了一个窗口大小，这个大小指的是，在未接收到确认信息之前允许发送的数据数，在TCP中，窗口的大小是以字节为单位的。

8. 网络应用程序

TCP和UDP提供不同的服务，不同的应用程序会选择不同的协议，这里请您注意，如果您选择使用UDP进行可靠传输，那只能在UDP上层来提供可靠性。下面我们举出几个常用的应用程序。

TELNET使用TCP提供远程登录。TELNET工作得非常好，它虽然古老，但是现在仍然在广泛使用，它经常用于在不同的操作系统间进行互连。 FTP协议和TELNET岁数差不多大了，它也使用TCP服务，在FTP时，您好象登录到远程计算机上，但您能够使用的命令却不那么多，FTP提供用户在计算机间复制文件的服务。UNIX中的远程命令一般都以R开始，这些命令一般都通过网络进行，我们就称它们为R系列命令，这些命令通常在UNIX系统中使用，它对安全性考虑不多，但是非常好用。NFS由Sun公司开发，它使用UDP，它用于在不同的计算机上加载UNIX文件系统，在这一点上它做得非常好。NFS为网络加重了负担，在慢速连接的网络上工作得不好，但它的功能可却是不错。随着网络规模不断扩大，原来的网络管理协议ICMP已经不能提供满意的服务了，于是在这一要求下提出了SNMP协议，它检测网络中各种设备的情况，根据这种情况对网络进行监控。X Window系统使用X Window协议，X Window协议也使用TCP服务

Python网络编程 -- TCP/IP

首先放出一个 TCP/IP 的程序，这里是单线程服务器与客户端，在多线程一节会放上多线程的TCP/IP服务程序。

这里将服务端和客户端放到同一个程序当中，方便对比服务端与客户端的不同。

TCP/IP是因特网的通信协议，其参考OSI模型，也采用了分层的方式，对每一层制定了相应的标准。

网际协议（IP）是为全世界通过互联网连接的计算机赋予统一地址系统的机制，它使得数据包能够从互联网的一端发送至另一端，如 130.207.244.244，为了便于记忆，常用主机名代替IP地址，例如 baidu.com。

UDP (User Datagram Protocol，用户数据报协议) 解决了上述第一个问题，通过端口号来实现了多路复用（用不同的端口区分不同的应用程序）但是使用UDP协议的网络程序需要自己处理丢包、重包和包的乱序问题。

TCP (Transmission Control Protocol，传输控制协议) 解决了上述两个问题，同样使用端口号实现了复用。

TCP 实现可靠连接的方法：

socket通信模型及 TCP 通信过程如下两张图。

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socket.getaddrinfo(host, port, family, socktype, proto, flags)

返回： [(family, socktype, proto, cannonname, sockaddr), ] 由元组组成的列表。

family：表示socket使用的协议簇， AF_UNIX : 1, AF_INET: 2, AF_INET6 : 10。 0 表示不指定。

socktype: socket 的类型， SOCK_STREAM : 1, SOCK_DGRAM : 2, SOCK_RAW : 3

proto: 协议， 套接字所用的协议，如果不指定， 则为 0。 IPPROTO_TCP : 6, IPPRTOTO_UDP : 17

flags：标记，限制返回内容。 AI_ADDRCONFIG 把计算机无法连接的所有地址都过滤掉（如果一个机构既有IPv4，又有IPv6，而主机只有IPv4，则会把 IPv6过滤掉）

AI _V4MAPPED, 如果本机只有IPv6，服务却只有IPv4，这个标记会将 IPv4地址重新编码为可实际使用的IPv6地址。

AI_CANONNAME，返回规范主机名：cannonname。

getaddrinfo(None, 'smtp', 0, socket.SOCK_STREAM, 0, socket.AP_PASSIVE)

getaddrinfo('', 'ftp', 0, 'socket.SOCK_STREAM, 0, socket.AI_ADDRCONFIG | socket.AI_V4MAPPED)

利用已经通信的套接字名提供给getaddrinfo

mysock = server_sock.accept()

addr, port = mysock.getpeername()

getaddrinfo(addr, port, mysock.family, mysock.type, mysock.proto, socket.AI_CANONNAME)

TCP 数据发送模式：

由于 TCP 是发送流式数据，并且会自动分割发送的数据包，而且在 recv 的时候会阻塞进程，直到接收到数据为止，因此会出现死锁现象，及通信双方都在等待接收数据导致无法响应，或者都在发送数据导致缓存区溢出。所以就有了封帧(framing)的问题，即如何分割消息，使得接收方能够识别消息的开始与结束。

关于封帧，需要考虑的问题是， 接收方何时最终停止调用recv才是安全的？整个消息或数据何时才能完整无缺的传达？何时才能将接收到的消息作为一个整体来解析或处理。

适用UDP的场景：

由于TCP每次连接与断开都需要有三次握手，若有大量连接，则会产生大量的开销，在客户端与服务器之间不存在长时间连接的情况下，适用UDP更为合适，尤其是客户端太多的时候。

第二种情况： 当丢包现象发生时，如果应用程序有比简单地重传数据聪明得多的方法的话，那么就不适用TCP了。例如，如果正在进行音频通话，如果有1s的数据由于丢包而丢失了，那么只是简单地不断重新发送这1s的数据直至其成功传达是无济于事的。反之，客户端应该从传达的数据包中任意选择一些组合成一段音频（为了解决这一问题，一个智能的音频协议会用前一段音频的高度压缩版本作为数据包的开始部分，同样将其后继音频压缩，作为数据包的结束部分），然后继续进行后续操作，就好像没有发生丢包一样。如果使用TCP，那么这是不可能的，因为TCP会固执地重传丢失的信息，即使这些信息早已过时无用也不例外。UDP数据报通常是互联网实时多媒体流的基础。

参考资料：