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linux系统中网络编程的实现

news 2025/11/3 6:59:05

一、网络编程基本介绍

OSI参考模型及TCP/IP参考模型

1、OSI参考模型（Open Systems Interconnection Model）

📊 OSI七层结构：

🧭 功能总结：

2、TCP/IP参考模型

📊 TCP/IP四层结构：

3、OSI与TCP/IP模型的对比

4、层次关系图示 🧩

TCP协议

1、TCP概述

✅ TCP的主要特征

2、TCP的可靠性机制

1️⃣ 序列号（Sequence Number）

2️⃣ 确认应答与重传机制（ACK + Retransmission）

3️⃣ 滑动窗口（Sliding Window）

3、TCP连接的建立——三次握手（Three-Way Handshake）

🔁 三次握手过程：

⚙️ 三次握手示意图：

4、TCP首部格式（TCP报文段结构）

5、TCP的总结与应用场景

UDP协议

1、UDP概述

✅ UDP的主要特征

2、UDP的通信方式

通信模式：

3、UDP的工作原理

4、UDP报文格式（UDP首部结构）

5、UDP的优缺点

6、UDP的典型应用场景

7、TCP vs UDP 对比总结

协议的选择

1、基本概念回顾

2、TCP 与 UDP 的三大核心区别

1️⃣ 数据可靠性要求

2️⃣ 应用的实时性

3️⃣ 网络可靠性与环境适应性

3、其他常见区别（补充对比）

4、总结口诀 🧠

5、典型应用举例对比

二、网络编程相关概念

IP地址

1、IP地址的基本概念

✅ 网络通信的基本原理：

2、IPv4地址的表示方式

1️⃣ IPv4地址结构

2️⃣ IP地址的组成

3、IP地址的分类（传统分类法）

4、特殊IP地址

🔸 1️⃣ 回环地址（Loopback Address）

🔸 2️⃣ 私有地址（Private IP）

🔸 3️⃣ 广播地址（Broadcast Address）

5、子网掩码（Subnet Mask）

🧩 子网掩码的作用：

🔢 子网掩码的表示规则：

6、DNS与IP的关系

7、重点总结表

8、总结口诀 🧠

IPV4和IPV6

1、基本概念

2、IPv4 的特点

3、IPv6 的诞生与特点

IPv6 的主要特征：

4、IPv4 与 IPv6 的详细对比

5、IPv6 的优势总结

6、IPv4 与 IPv6 地址表示示例

7、IPv6 的过渡与兼容

8、总结口诀 🧠

端口号

1、端口号的基本定义

2、端口号的作用

3、端口号的范围与分类

4、常见的系统端口号（0~1023）

5、用户自定义端口（>1024）

6、端口号与通信示意

7、端口号的使用规则与注意事项

8、总结口诀 🧠

9、常见举例总结表

socket

1、什么是 Socket（套接字）

✅ Socket 的本质

2、Socket 的作用

3、Socket 通信方式分类

4、① 流式 Socket（Stream Socket）

🌍 对应协议：TCP

✅ 特点：

📄 示例结构（TCP Socket）：

5、② 数据报 Socket（Datagram Socket）

🌍 对应协议：UDP

✅ 特点：

📄 示例结构（UDP Socket）：

6、Socket 通信模型示意图

7、Socket 通信流程对比总结

8、总结口诀 🧠

linux网络相关的命令

1、系统网络连接前提

2、网络连通性测试命令

3、防火墙管理命令（Ubuntu）

4、常用网络状态查看命令

5、练习案例（虚拟机互联）

6、注意事项

7、总结口诀 🧠

三、TCP网络编程

一、网络编程基本介绍

OSI参考模型及TCP/IP参考模型

1、OSI参考模型（Open Systems Interconnection Model）

OSI参考模型 是由 ISO（国际标准化组织） 提出的开放式系统互连模型，用于指导网络通信体系结构的设计。它将网络通信过程划分为 七个层次。

📊 OSI七层结构：

层次	名称	功能	常见设备/协议
第7层	应用层（Application）	为用户提供网络服务接口	HTTP、FTP、SMTP、DNS
第6层	表示层（Presentation）	数据格式转换、加密、压缩	JPEG、MP3、SSL
第5层	会话层（Session）	建立、管理和终止会话	RPC、NetBIOS
第4层	传输层（Transport）	端到端的数据传输、差错控制	TCP、UDP
第3层	网络层（Network）	路由选择与逻辑寻址	IP、ICMP、IPX
第2层	数据链路层（Data Link）	成帧、差错检测、物理寻址	MAC、PPP、以太网交换机
第1层	物理层（Physical）	比特流传输、定义物理介质	网线、集线器、光纤

🧭 功能总结：

上三层（应用层、表示层、会话层）：面向用户的服务。
下四层（传输层、网络层、数据链路层、物理层）：面向数据传输的服务。

2、TCP/IP参考模型

TCP/IP参考模型 是互联网采用的事实标准模型，由 美国国防部（DoD） 提出，也称 DoD模型。
它比OSI模型更实际、更简单，仅分为四层。

📊 TCP/IP四层结构：

层次	名称	对应OSI层	功能	常见协议
第4层	应用层	应用层 + 表示层 + 会话层	提供用户服务	HTTP、FTP、SMTP、DNS
第3层	传输层	传输层	端到端通信	TCP、UDP
第2层	网络层（网际层）	网络层	IP寻址与路由	IP、ICMP、ARP
第1层	网络接口层（链路层）	数据链路层 + 物理层	物理传输	Ethernet、PPP、Wi-Fi

🌐 TCP/IP协议族各层作用（重点整理）

TCP/IP协议族由四层组成，每一层都有明确的功能分工与对应协议。

1️⃣ 网络接口层（Network Interface Layer）

作用：

负责在 物理网络上传输数据，实现主机与物理介质之间的通信。

将上层传下来的 IP数据报 封装成 帧（Frame），并转换为 比特流（0和1） 在物理介质上传输。

接收方则执行相反操作：比特流 → 帧 → 数据报。

关键功能：

成帧、差错检测（如CRC校验）

确定数据在局域网内的传输方式（MAC寻址）

控制物理传输介质（网线、光纤、Wi-Fi等）

常见协议/设备：
Ethernet（以太网）、Wi-Fi（802.11）、PPP、ARP、RARP、交换机、网卡等。

🧠 记忆提示：

“帧”在这一层产生——负责数据帧的发送与接收。

2️⃣ 网络层（Internet Layer）

作用：

负责将数据帧封装成IP数据报（Packet）。

负责在不同网络之间**选择最佳路径（路由）**进行转发。

实现**逻辑寻址（IP地址）**与网络间互连。

关键功能：

路由选择与转发

分片与重组（Packet Fragmentation/Reassembly）

IP寻址与逻辑网络划分（子网）

差错检测与控制（ICMP）

常见协议：
IP（Internet Protocol）、ICMP、IGMP、ARP、RARP等。

🧠 记忆提示：

网络层决定“怎么走、走哪条路”，即路由选择与IP封装。

3️⃣ 传输层（Transport Layer）

作用：

负责端到端通信（主机之间的进程通信）。

建立、维持和终止通信会话。

提供可靠传输（TCP）或非可靠传输（UDP）。

确定通信方式：面向连接 or 无连接。

关键功能：

分段与重组（Segment）

端口号寻址（区分不同进程）

差错检测与重传控制（TCP）

流量控制与拥塞控制（TCP）

常见协议：
TCP（Transmission Control Protocol）、UDP（User Datagram Protocol）

🧠 记忆提示：

“端到端通信靠传输层，端口号识别靠它来。”

4️⃣ 应用层（Application Layer）

作用：

面向用户，为各种网络应用提供服务接口。

通过端口号区分不同应用进程，实现进程间通信。

用户通过这一层使用网络（浏览网页、收发邮件、聊天等）。

关键功能：

提供特定网络服务（文件传输、邮件、网页访问等）

定义数据格式与交换方式

处理应用程序之间的通信

常见协议：
HTTP（网页）、FTP（文件传输）、SMTP/POP3（邮件）、DNS（域名解析）、Telnet、SSH 等。

🧠 记忆提示：

“用户能看到的都是应用层的功劳。”
例如：QQ、微信、浏览器等都运行在应用层，通过端口号区分不同进程。

🌐 TCP/IP 协议族主要协议及注解

1️⃣ 网络接口层（Network Interface Layer）协议

🧩 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）

作用：
用于在同一局域网中，通过 IP地址 → 物理地址（MAC） 的转换。
即：主机知道对方IP地址，但不知道其MAC地址时，通过ARP请求获取。

举例：

A主机要给B主机发数据包，只知道B的IP。

A发送ARP广播请求：“谁是192.168.1.2？”

B回复：“我是192.168.1.2，我的MAC是00-1C-B3-xx-xx-xx。”

A将此映射关系缓存到ARP表中（ARP Cache）。

关键词： IP到MAC的映射。
应用场景： 局域网通信、交换机转发。

2️⃣ 网络层（Internet Layer）协议

🌍 IP（Internet Protocol，网际协议）

作用：
实现主机间的数据传输与逻辑寻址（IP地址），并负责路由选择。
它定义了数据包的基本格式、寻址方式与分片机制。

特点：

无连接（每个数据报独立传输）

不可靠（不保证顺序与完整性）

提供最基础的“尽力而为”传输服务

关键任务：
寻址（IP地址分配）、路由（选择路径）。

常见版本： IPv4、IPv6

🚦 MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）

作用：
一种高速网络传输机制，结合了“电路交换的快速”和“分组交换的灵活”的优点。
通过为每个数据包分配一个简短的标签（Label），实现快速转发而非复杂的路由查表。

特点：

高效转发，减少路由器负载

支持多种网络协议（故称“多协议”）

应用于骨干网、VPN、QoS保障等场景

发展状态：
仍在持续发展中，是**下一代网络（NGN）**的重要基础技术。

🧠 记忆提示：

MPLS 是“网络高速公路”的交通标签系统。

3️⃣ 传输层（Transport Layer）协议

🔒 TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

作用：
为应用层提供 可靠的、面向连接的 数据传输服务。
在通信前需建立连接（三次握手），传输过程中进行确认、重传与流量控制。

特点：

面向连接（Connection-Oriented）

可靠传输（有确认应答、超时重传）

数据有序到达（序列号控制）

适合传输大批量、可靠性要求高的数据

应用场景：
网页浏览（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）等。

🧠 记忆提示：

“慢而稳”——TCP 可靠但开销大。

⚡ UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）

作用：
提供无连接、不可靠的通信服务。
它不建立连接，也不确认是否成功接收，因此速度快、效率高。

特点：

无连接（Connectionless）

不保证数据到达（无确认机制）

数据开销小、实时性高

适用场景：
视频会议、语音通话、网络直播、在线游戏等。

🧠 记忆提示：

“快而轻”——UDP 快但不保证到达。

3、OSI与TCP/IP模型的对比

对比项	OSI模型	TCP/IP模型
层数	7层	4层
提出机构	ISO	美国国防部（DoD）
是否理论化	理论模型	实际模型
应用范围	教学、研究	实际互联网架构
层间对应	应用层/表示层/会话层 → 应用层；传输层 → 传输层；网络层 → 网际层；数据链路+物理层 → 网络接口层

4、层次关系图示 🧩

TCP协议

1、TCP概述

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）
是 面向连接的、可靠的、全双工 的传输层协议。
它在通信的两端建立“虚拟连接”，保证数据能够正确、有序、完整地到达目标主机。

✅ TCP的主要特征

特征	说明
面向连接	通信前必须建立连接（三次握手），通信后释放连接（四次挥手）。
可靠传输	通过确认应答、重传、序列号等机制保证数据不丢失、不重复。
全双工通信	双方可同时发送与接收数据。
面向字节流	数据在TCP中被看作连续的字节流，而非独立的报文。

2、TCP的可靠性机制

TCP通过以下几种机制保证 端到端通信的可靠性：

1️⃣ 序列号（Sequence Number）

每个TCP报文段都会附带一个 序列号（Sequence Number）。
序列号标识了该报文段中第一个字节的编号。
接收方依据序列号判断数据的顺序，保证数据 按序组装。

🧠 例：
发送方分三次发送数据序号 1–100、101–200、201–300；
接收方收到后按序重新组装成完整数据流。

2️⃣ 确认应答与重传机制（ACK + Retransmission）

接收方每成功接收一个报文段，会发送 ACK确认报文。
若发送方在规定时间内未收到ACK，就会 自动重传 该数据包。
这确保了数据不会因为网络故障而丢失。

🧠 例：

A → B 发送 Seq=100；
若 B 未返回 ACK=101，则 A 超时重发该包。

3️⃣ 滑动窗口（Sliding Window）

用于流量控制，防止发送方发送过快导致接收方缓存溢出。
发送方根据接收方通告的“窗口大小”来控制发送速率。
窗口可以动态调整，使传输效率更高。

🧠 例：

若接收方窗口大小 = 5000 字节，则发送方最多可连续发送 5000 字节数据而不必等待确认。

3、TCP连接的建立——三次握手（Three-Way Handshake）

为了建立一个可靠的连接，TCP 使用 三次握手（Three-Way Handshake） 来同步双方的通信状态。

🔁 三次握手过程：

次数	发送方（A）	接收方（B）	说明
第一次握手	A → B：发送连接请求（SYN=1, Seq=x）		告诉B要建立连接，并发送序列号x
第二次握手	B → A：确认连接（SYN=1, ACK=1, Seq=y, Ack=x+1）	A收到确认	B同意建立连接，同时发送自己的序列号y
第三次握手	A → B：发送确认（ACK=1, Seq=x+1, Ack=y+1）	B收到确认	A确认连接成功，双方建立通信通道

🧠 目的：

双方确认彼此的 接收与发送能力正常；
保证双方序列号与确认号同步。

⚙️ 三次握手示意图：

🔸 建立后双方即可开始数据传输（全双工）。

4、TCP首部格式（TCP报文段结构）

每个TCP报文段都包含一个固定的 20字节首部（可变部分可增加选项）。

字段	长度	作用
源端口号（Source Port）	16位	标识发送进程
目的端口号（Destination Port）	16位	标识接收进程
序列号（Sequence Number）	32位	数据流中第一个字节的编号
确认号（Acknowledgment Number）	32位	下一个期望接收的字节序号
首部长度（Header Length）	4位	TCP首部占多少个32位字（即4字节）
标志位（Flags）	6~9位	控制连接状态（如SYN, ACK, FIN等）
窗口大小（Window Size）	16位	指明接收方可接收的数据量
校验和（Checksum）	16位	检测数据传输中的错误
紧急指针（Urgent Pointer）	16位	指示紧急数据的位置
选项（Options）	可变长	如MSS、窗口扩大因子、时间戳等

🧠 重点记忆字段：
端口号、序列号、确认号、校验和、滑动窗口。

5、TCP的总结与应用场景

项目	内容
协议类型	面向连接、可靠传输
传输方向	全双工
主要机制	序列号、确认应答、重传、滑动窗口
优点	可靠性高、顺序传输
缺点	开销较大、延迟略高
典型应用	HTTP/HTTPS、FTP、SMTP、Telnet、SSH 等

UDP协议

1、UDP概述

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）
是一种 无连接的、非可靠的、面向数据报的传输层协议。
它与TCP同属于传输层协议，但比TCP更简单、更高效。

✅ UDP的主要特征

特征	说明
无连接（Connectionless）	通信前无需建立连接，发送数据后也无需确认。
不可靠传输	不保证数据一定到达、也不保证顺序正确。
面向报文	保持应用层数据报的边界，一次发送一次接收。
传输效率高	无需握手、无重传机制，开销小、速度快。
一对多通信	同一个UDP应用程序可以同时与多个主机通信。

🧠 记忆口诀：

“无连接、少控制、速度快、不可靠” —— 就是UDP。

2、UDP的通信方式

UDP 不像 TCP 那样建立“连接”，它是 直接将数据报（Datagram）发往目标地址和端口。

通信模式：

模式	说明	举例
一对一（单播）	一个客户端与一个服务器通信	DNS 查询、TFTP
一对多（广播）	一个主机向同一局域网内所有主机发送数据	DHCP（IP地址分配）
多对多（组播）	一组主机同时接收数据	IPTV、网络直播

3、UDP的工作原理

UDP 的工作过程非常简单，主要分为两个步骤：

1️⃣ 发送方：
将应用层的数据加上 UDP首部（包含端口号和校验信息） → 交给IP层封装成数据报 → 发送出去。

2️⃣ 接收方：
IP层接收UDP数据报 → 根据端口号交给相应的应用进程。

🧠 说明：
UDP没有连接的概念，因此：

没有三次握手；
没有确认与重传机制；
没有流量控制；
但能实现快速的“尽力而为”传输。

4、UDP报文格式（UDP首部结构）

UDP 报文首部固定为 8字节（64位），结构非常简单。

字段	长度	说明
源端口号（Source Port）	16位	标识发送进程
目的端口号（Destination Port）	16位	标识接收进程
长度（Length）	16位	整个UDP报文（首部+数据）的长度
校验和（Checksum）	16位	检测数据在传输中是否出错

📦 UDP报文结构示意图：

🧠 记忆提示：

UDP首部 = 4个字段 × 16位 = 8字节，非常简洁！

5、UDP的优缺点

优点	缺点
结构简单、传输速度快	不保证可靠性
不需建立连接，节省开销	无顺序控制、易丢包
支持一对多通信	无流量控制、无重传机制
实时性强（延迟低）	数据可能重复或丢失

6、UDP的典型应用场景

UDP 常用于 对实时性要求高、可靠性要求低 的网络应用：

应用场景	协议示例	特点
视频会议、语音通话	RTP、VoIP	实时性强，允许少量丢包
网络直播、在线游戏	自定义UDP协议	速度优先
局域网广播/组播	DHCP、SNMP	快速分发信息
DNS域名解析	DNS	请求小、响应快

🧠 例子：

网络视频会议时，如果偶尔丢一帧画面并不会影响整体交流，
因此采用UDP更合适。

7、TCP vs UDP 对比总结

比较项	TCP	UDP
是否连接	面向连接（三次握手）	无连接
传输可靠性	可靠（有确认、重传、顺序控制）	不可靠（尽力而为）
传输方式	字节流	数据报
传输速度	较慢	较快
报头大小	20字节（以上）	8字节
通信方式	一对一	一对多
典型应用	HTTP、FTP、SMTP	DNS、视频通话、广播

🧭 一句话总结：

✅ TCP：可靠、慢、有保证
⚡ UDP：快速、轻、实时优先

协议的选择

1、基本概念回顾

协议	中文名称	类型	特点
TCP	传输控制协议（Transmission Control Protocol）	面向连接	提供可靠、有序、双向的字节流传输
UDP	用户数据报协议（User Datagram Protocol）	无连接	提供快速、不可靠的报文传输

2、TCP 与 UDP 的三大核心区别

1️⃣ 数据可靠性要求

TCP：可靠传输协议
- 通过 序列号、确认应答（ACK）、超时重传、滑动窗口 等机制，确保数据准确到达、不重复、不丢失。
- 适合对数据正确性要求高的场景。
📘 举例：
- 登录验证（用户名、密码）
- 文件传输（FTP）
- 邮件发送（SMTP）

🧠 记忆提示：

“数据要准确，选 TCP。”

UDP：不可靠传输协议
- 不提供确认与重传机制，可能出现数据丢失或乱序。
- 适用于实时性强但对数据准确性要求不高的场景。
📘 举例：
- 视频会议
- 网络语音（VoIP）
- 实时游戏通信

🧠 记忆提示：

“允许偶尔丢包，选 UDP。”

2️⃣ 应用的实时性

TCP：延迟高，实时性较差
- 在通信前要经过“三次握手”，结束时还有“四次挥手”。
- 在传输中每个报文都需确认、重传，造成延时大。
- 不适合实时通信（例如语音、直播）。
📘 举例：
- 发送消息要确认送达 → 延时明显。

UDP：实时性强
- 无需建立连接，数据直接发送。
- 没有重传确认机制，延迟低。
- 适用于对延迟敏感的实时通信场合。
📘 举例：
- 在线会议、网络直播、网络游戏等。

🧠 记忆提示：

“速度第一，选 UDP；可靠优先，选 TCP。”

3️⃣ 网络可靠性与环境适应性

TCP：适合网络不稳定的环境
- 内置错误检测与重传机制，可在丢包、乱序环境下保持数据可靠。
- 当网络质量差时仍能保证传输正确性。
📘 举例：
- 长距离或跨网段数据传输（如下载、远程控制）

UDP：适合网络稳定的环境
- 无纠错机制，若网络丢包严重则数据可能丢失。
- 但在良好的网络条件下，UDP更轻量高效，能加快传输速度。
📘 举例：
- 局域网游戏、局域网媒体分发

🧠 记忆提示：

“网络差用 TCP，网络好用 UDP。”

3、其他常见区别（补充对比）

对比项目	TCP	UDP
是否面向连接	是（三次握手）	否
可靠性	高（有确认、重传、校验）	低（尽力而为）
传输方式	字节流（连续数据流）	数据报（独立报文）
报头大小	20字节以上（复杂）	8字节（简单）
传输效率	较低（开销大）	较高（无握手）
顺序保证	有序到达	可能乱序
流量控制	有滑动窗口控制	无流量控制
实时性	延迟较高	延迟极低
典型应用	HTTP、FTP、SMTP、SSH	DNS、视频、语音、直播

4、总结口诀 🧠

✅ TCP：重可靠，轻速度 —— 适合重要数据传输
⚡ UDP：重速度，轻可靠 —— 适合实时性通信

5、典型应用举例对比

场景	推荐协议	原因
文件下载 / 登录验证	TCP	要求数据完整、准确
视频会议 / 网络语音	UDP	要求实时、延迟低
网页浏览（HTTP）	TCP	需完整加载内容
网络直播	UDP	丢少量包不影响播放
邮件发送	TCP	需保证可靠送达

二、网络编程相关概念

IP地址

1、IP地址的基本概念

IP地址（Internet Protocol Address）
是网络中每台主机或设备的唯一标识符，用于实现网络设备之间的通信。

📘 通俗理解：
IP地址就像“网络中的门牌号”，
计算机之间要通信，必须知道对方的 IP 地址。

✅ 网络通信的基本原理：

通过 IP 地址 —— 定位到目标设备（主机）。
通过端口号（Port） —— 定位到设备上的具体进程或应用程序。

🧠 举例：

访问网页 → 实际上是访问目标服务器的 IP 地址 + 端口号（80 或 443）。

2、IPv4地址的表示方式

1️⃣ IPv4地址结构

IPv4 地址长度： 32 位（二进制位），即 4 字节。
表示方法： 采用 点分十进制表示法（Dotted Decimal Notation）。
- 每 8 位（二进制）转换成一个十进制数，中间用“.”分隔。

📘 示例：

十进制表示：192.168.1.1
二进制表示：11000000.10101000.00000001.00000001

2️⃣ IP地址的组成

部分	说明
网络号（Network ID）	标识网络所属的网段（类似于街区）
主机号（Host ID）	标识该网络中的具体主机（类似于门牌号）

同一网络内的主机：

网络号相同

主机号必须唯一

3、IP地址的分类（传统分类法）

IPv4地址被分为 A、B、C、D、E 五类。
其中，A、B、C类地址最常用于主机和网络通信。

类别	地址范围（十进制）	网络号位数	主机号位数	默认子网掩码	用途
A类	1.0.0.0 ～ 126.255.255.255	8位	24位	255.0.0.0	超大型网络
B类	128.0.0.0 ～ 191.255.255.255	16位	16位	255.255.0.0	中型网络
C类	192.0.0.0 ～ 223.255.255.255	24位	8位	255.255.255.0	小型网络
D类	224.0.0.0 ～ 239.255.255.255	-	-	-	多播（组播）
E类	240.0.0.0 ～ 255.255.255.255	-	-	-	保留实验用途

📘 注意：

127.0.0.0/8 （即127开头的地址）保留为 回环地址。
最常见的局域网是 C类地址（如 192.168.x.x）。

4、特殊IP地址

🔸 1️⃣ 回环地址（Loopback Address）

范围：127.0.0.0 ～ 127.255.255.255
常用：127.0.0.1
作用：用于 本机测试 或 本地进程间通信。

🧠 特点：

使用回环地址发送的数据不会经过网络，而是直接返回本机。

🔸 2️⃣ 私有地址（Private IP）

用于 局域网内部通信，不能在互联网上直接使用。
（若要访问互联网，需要通过 NAT 转换成公有地址。）

类别	地址范围
A类	10.0.0.0 ～ 10.255.255.255
B类	172.16.0.0 ～ 172.31.255.255
C类	192.168.0.0 ～ 192.168.255.255

📘 举例：

家用路由器默认分配的内网地址通常为 192.168.1.x。

🔸 3️⃣ 广播地址（Broadcast Address）

表示网络中所有主机的地址。
主机号全部为 1。

🧠 举例：

子网 192.168.1.0/24 → 广播地址为 192.168.1.255

5、子网掩码（Subnet Mask）

🧩 子网掩码的作用：

用于从 IP 地址中提取网络号。
通过 与运算（AND） 得到网络地址。

📘 例：

IP地址：192.168.1.15
子网掩码：255.255.255.0
二进制与运算结果：192.168.1.0 （即网络地址）

🔢 子网掩码的表示规则：

子网掩码长度：32位
由一串 连续的1（表示网络号）和 连续的0（表示主机号）组成。

网络类别	默认掩码	网络位	主机位
A类	255.0.0.0	8位	24位
B类	255.255.0.0	16位	16位
C类	255.255.255.0	24位	8位

📘 CIDR写法（无分类表示法）：

192.168.1.1/24 ← “/24”表示网络位长度（即子网掩码255.255.255.0）

6、DNS与IP的关系

DNS（Domain Name System）
用于将人类容易记忆的“域名”转换为对应的“IP地址”。

🧠 例：

输入网址：www.baidu.com
↓
DNS解析 → 220.181.38.148（服务器IP地址）
↓
浏览器连接到对应的IP服务器

📘 作用：

DNS让用户通过“名字”访问网站，而不是直接记复杂的数字IP。

7、重点总结表

概念	说明	示例
IP地址	网络中设备的唯一标识	192.168.1.10
子网掩码	区分网络号与主机号	255.255.255.0
网关地址	出口路由器的IP	192.168.1.1
私有IP	局域网使用地址	192.168.x.x
公有IP	互联网使用地址	8.8.8.8
回环地址	本机通信测试	127.0.0.1
广播地址	发送给同网段所有主机	192.168.1.255

8、总结口诀 🧠

📘 “IP标设备，掩码定网段；
回环测自己，广播找全班；
私有局域网，公有上外端。”

IPV4和IPV6

1、基本概念

协议	全称	中文名称	位数
IPv4	Internet Protocol version 4	互联网协议第4版	32 位
IPv6	Internet Protocol version 6	互联网协议第6版	128 位

2、IPv4 的特点

使用 32位地址（即 4 个字节）。
理论上可提供 约43亿个地址（2³² ≈ 4.29×10⁹）。
由于地址分配不均及保留部分地址，真正可供使用的约 5亿个左右。
采用 点分十进制 表示。

📘 示例：

IPv4 地址：192.168.1.1

🧠 缺陷：

随着互联网设备（电脑、手机、物联网设备）数量爆炸增长，IPv4 地址早已不够用。

3、IPv6 的诞生与特点

为了解决 IPv4 地址枯竭的问题，诞生了 IPv6（Internet Protocol version 6）。

IPv6 的主要特征：

地址长度：128位（16字节）
- 理论上可提供：
  
  👉 2¹²⁸ ≈ 3.4×10³⁸ 个地址
  
  相当于每平方米可分配约 1000 个地址！
地址表示方式：
- 使用 十六进制表示，每 16 位为一组，共 8组，中间用冒号“::”分隔。
- 例如：
```
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
```
- 可以省略连续的“0000”：
```
2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
```
自动配置功能（无需DHCP）
- 支持 无状态地址自动配置（SLAAC），主机可自动获取IP地址。
更高的安全性
- 内置IPSec加密，在协议层支持端到端的数据安全。
改进的报文结构
- 简化了IPv4的头部格式，提高路由转发效率。
支持组播、多播
- 更高效的网络通信机制，适用于视频会议、流媒体、物联网等应用。

4、IPv4 与 IPv6 的详细对比

对比项目	IPv4	IPv6
地址长度	32 位	128 位
地址数量	约 43 亿	约 3.4 × 10³⁸
地址表示方式	点分十进制（如192.168.1.1）	冒号分隔的十六进制（如2001:db8::1）
地址类型	单播、广播、多播	单播、多播、任播（无广播）
子网划分	使用子网掩码	使用前缀长度（/64、/48等）
配置方式	手动或DHCP分配	自动配置（SLAAC）
安全性	依赖外部协议（如IPSec可选）	内置IPSec支持
路由效率	报头复杂、路由表大	报头简化、转发速度快
网络层协议	ARP、ICMPv4	不使用ARP，改为ICMPv6
地址空间耗尽	是	否
NAT（网络地址转换）	需要	不需要
兼容性	广泛使用中	正在逐步推广

5、IPv6 的优势总结

优势	说明
🌍 地址空间巨大	彻底解决地址枯竭问题
⚡ 传输效率高	报文头更简洁，路由转发更快
🔒 安全性强	原生支持IPSec加密与身份认证
🤖 自动配置	设备可自行生成地址，无需人工配置
📡 更好的多媒体支持	支持组播，适合视频会议与物联网
🌐 消除NAT限制	实现真正的端到端通信

6、IPv4 与 IPv6 地址表示示例

类型	IPv4 示例	IPv6 示例
家庭内网	192.168.1.10	fd00::1234:abcd
公网地址	8.8.8.8（Google DNS）	2001:4860:4860::8888（Google IPv6 DNS）
回环地址	127.0.0.1	::1
默认路由	0.0.0.0	::/0

7、IPv6 的过渡与兼容

由于 IPv4 仍被广泛使用，目前网络正处于 IPv4 与 IPv6 共存阶段。
常见的过渡技术包括：

技术名称	作用
双栈（Dual Stack）	同时运行 IPv4 与 IPv6
隧道（Tunneling）	将IPv6数据封装在IPv4网络中传输
转换（Translation）	IPv4 与 IPv6 地址间的相互转换（如 NAT64）

8、总结口诀 🧠

IPv4 位少快枯竭，
IPv6 位长天地阔；
十六进制冒号连，
自动加密更方便。

端口号

1、端口号的基本定义

端口号（Port Number） 是传输层协议（TCP、UDP）中用来标识主机上不同应用进程的数字编号。

📘 简单理解：

IP地址 → 定位到具体的设备
端口号 → 定位到设备上的具体程序或服务

🧠 举例：

访问一台服务器时，

IP地址：找到服务器

端口号：找到具体的服务（如网页、文件传输等）

2、端口号的作用

✅ 作用：

在网络通信中，通过端口号来区分不同的进程或服务，确保数据准确地交付给正确的应用程序。

🧩 TCP/IP通信模型中：

IP地址负责“找到哪台计算机”
端口号负责“找到哪一个程序”

3、端口号的范围与分类

端口号为 16位无符号整数，范围为：

🔢 0 ～ 65535

根据使用情况，端口号分为以下三类：

分类	范围	说明
系统端口（知名端口）	0 ～ 1023	系统或特定应用程序使用（固定分配）
注册端口（用户常用）	1024 ～ 49151	用户进程或注册服务使用，可分配但需登记
动态/私有端口	49152 ～ 65535	临时通信时由系统动态分配（客户端常用）

4、常见的系统端口号（0~1023）

服务名称	协议	端口号	作用说明
HTTP	TCP	80	网页访问服务
HTTPS	TCP	443	加密网页访问（安全HTTP）
FTP	TCP	21	文件传输协议控制连接
SSH	TCP	22	安全远程登录
TELNET	TCP	23	远程终端连接
SMTP	TCP	25	邮件发送服务
POP3	TCP	110	邮件接收服务
DNS	UDP/TCP	53	域名解析服务
SNMP	UDP	161	网络管理协议
NTP	UDP	123	网络时间同步协议

5、用户自定义端口（>1024）

用户或应用程序可以自定义使用 1024 以上的端口。
一般用于：
- 数据库服务（如 MySQL：3306）
- 游戏服务器
- 局域网通信
- 临时客户端连接（如网页浏览器）

📘 示例：

服务	协议	端口号	说明
MySQL	TCP	3306	数据库服务
SQL Server	TCP	1433	微软数据库服务
Redis	TCP	6379	内存数据库
Tomcat	TCP	8080	Web服务（开发常用）

6、端口号与通信示意

一个完整的网络通信需要四个要素（即 套接字 Socket）：

要素	示例	说明
源IP地址	192.168.1.10	客户端主机
源端口号	50123	客户端程序临时分配
目的IP地址	172.16.0.5	服务器主机
目的端口号	80	Web服务端口

🧠 理解：

浏览器访问网页时：
浏览器（客户端）用随机端口访问服务器（80端口），
服务器收到请求后，根据端口号知道应由“HTTP服务”处理该请求。

7、端口号的使用规则与注意事项

同一台主机中，端口号不能重复使用。
- 同一协议（TCP或UDP）下的端口唯一。
不同协议的端口号可以相同。
- 例如：TCP 80 与 UDP 80 可以同时存在。
系统端口需管理员权限才能使用（0~1023）。
防火墙可通过端口号限制访问。
- 例如：关闭80端口可阻止网页访问。

8、总结口诀 🧠

IP 定位主机，端口定位程序；
0到1023系统留，用户用大号自定义。

9、常见举例总结表

协议/服务	使用端口	传输层协议	备注
HTTP	80	TCP	网页访问
HTTPS	443	TCP	加密网页
FTP	21	TCP	文件传输
SSH	22	TCP	安全远程登录
DNS	53	UDP/TCP	域名解析
DHCP	67/68	UDP	自动分配IP
SMTP	25	TCP	邮件发送
POP3	110	TCP	邮件接收
MySQL	3306	TCP	数据库
Tomcat	8080	TCP	Web应用开发

socket

1、什么是 Socket（套接字）

Socket（套接字） 是网络通信中最重要的一种编程接口。
它是对网络通信的抽象封装，是 应用层与传输层之间的桥梁。

📘 通俗理解：

Socket 就像一根“网络插头”，
程序通过插上这个插头（socket），就能在网络上收发数据。

✅ Socket 的本质

是一种 特殊的 I/O 接口。
在 Linux 中，一切皆文件，因此 Socket 也有一个 文件描述符（file descriptor）。
程序通过 读写 Socket 文件描述符 来进行网络通信，就像操作普通文件一样。

2、Socket 的作用

实现 进程间通信（IPC：Inter-Process Communication）。
可用于：
- 本地通信（同一主机上的不同进程）
- 网络通信（不同主机之间）

📘 总结一句话：

Socket 是实现“主机 ↔ 主机”或“进程 ↔ 进程”通信的桥梁。

3、Socket 通信方式分类

在 Linux 网络编程中，常见的 Socket 类型主要有两种：

类型	名称	对应协议	特点	应用场景
流式套接字（SOCK_STREAM）	流方式 Socket	TCP	面向连接、可靠传输、数据有序	文件传输、网页通信
数据报套接字（SOCK_DGRAM）	数据报方式 Socket	UDP	无连接、不可靠传输、数据无序	视频会议、语音通话

4、① 流式 Socket（Stream Socket）

🌍 对应协议：TCP

流式 Socket 提供一种 可靠的、面向连接的、双向字节流 通信方式。

✅ 特点：

面向连接（Connection-Oriented）
- 通信前必须建立连接（三次握手）。
数据可靠传输
- 采用 TCP 协议，保证数据无差错、不丢失、不重复。
顺序传输
- 数据按发送顺序到达接收方。
双向通信（Full Duplex）
- 双方可以同时发送与接收数据。

📘 适用场景：

Web服务器（HTTP）
文件传输（FTP）
邮件服务（SMTP）

📄 示例结构（TCP Socket）：

// TCP服务器端流程
socket() → bind() → listen() → accept() → recv()/send() → close()// TCP客户端流程
socket() → connect() → send()/recv() → close()

5、② 数据报 Socket（Datagram Socket）

🌍 对应协议：UDP

数据报 Socket 提供一种 无连接的、面向报文的通信方式。

✅ 特点：

无连接（Connectionless）
- 通信前无需建立连接。
不可靠传输
- 数据可能丢失或乱序，应用层需自行处理。
报文独立传输
- 每个报文是独立的，不存在“流”的概念。
传输速度快，延迟低

📘 适用场景：

网络语音（VoIP）
视频会议
实时游戏
局域网广播通信

📄 示例结构（UDP Socket）：

// UDP服务器端流程
socket() → bind() → recvfrom()/sendto() → close()// UDP客户端流程
socket() → sendto()/recvfrom() → close()

6、Socket 通信模型示意图

TCP（流式套接字）┌──────────────────┐                 ┌──────────────────┐│    客户端程序     │ <───────►──────►│    服务器程序     ││  socket()        │                 │  socket()        ││  connect()       │                 │  accept()        ││  send() / recv() │ ◄──────────────►│  recv() / send() │└──────────────────┘                 └──────────────────┘UDP（数据报套接字）┌──────────────────┐                 ┌──────────────────┐│    客户端程序     │ <───────►──────►│    服务器程序     ││  sendto()        │                 │  recvfrom()      ││  recvfrom()      │ ◄──────────────►│  sendto()        │└──────────────────┘                 └──────────────────┘

🌐 TCP（流式套接字）

特点：
TCP 是一种 面向连接、可靠传输 的通信方式。
在通信前，客户端与服务器必须先建立连接，通信结束后再断开连接。
流程说明：
1. 客户端 调用 socket() 创建套接字，然后用 connect() 向服务器发起连接请求。
2. 服务器 创建套接字后，通过 accept() 接收连接请求。
3. 双方连接建立后，使用 send() 和 recv() 进行数据收发。
4. 通信完成后，双方关闭套接字。

📌 关键特征：数据是连续的“流”，传输可靠但效率较低。

📡 UDP（数据报套接字）

特点：
UDP 是一种 无连接、不可靠传输 的通信方式。
发送数据时不需要建立连接，速度快但可能丢包。
流程说明：
1. 客户端 直接通过 sendto() 向服务器发送数据报。
2. 服务器 使用 recvfrom() 接收数据，同时获取发送方地址。
3. 若需要回应，服务器再用 sendto() 向客户端发送数据。

📌 关键特征：以独立“数据报”为单位传输，效率高但不保证可靠性。

7、Socket 通信流程对比总结

步骤	TCP（SOCK_STREAM）	UDP（SOCK_DGRAM）
是否建立连接	是（三次握手）	否
数据传输方式	字节流（stream）	报文（datagram）
是否可靠	可靠（有确认、重传）	不可靠（可能丢包）
顺序性	有序	无序
速度	较慢（开销大）	较快（轻量）
应用场景	文件传输、Web通信	视频、语音、实时数据
典型函数	`socket()`, `connect()`, `send()`, `recv()`	`socket()`, `sendto()`, `recvfrom()`

8、总结口诀 🧠

💬 “流式连得稳，数据报传得快；
TCP保顺序，UDP抢时间。”

linux网络相关的命令

1、系统网络连接前提

操作系统：Ubuntu / Linux 系统
前提：确保网络已连接，可以上网。
提示：
- Ubuntu 系统下使用 ifconfig 或 ip addr 查看网络状态
- Windows 下使用 ipconfig 查看 IP 地址

2、网络连通性测试命令

1️⃣ ping 命令

作用：

测试主机与目标主机之间的网络连通性
可检测 网络延迟（RTT）和 丢包率

基本用法：

ping <IP地址或域名>

示例：

ping www.baidu.com       # 测试访问百度网站是否通
ping 192.168.1.101      # 测试同一局域网内主机是否通

注意事项：

同一局域网内测试 IP 时，如果 ping 不通：
- 确认目标主机 IP 正确
- 检查本机和目标主机防火墙状态
- 关闭防火墙或允许 ICMP（Ping）通信

3、防火墙管理命令（Ubuntu）

Ubuntu 默认防火墙为 UFW（Uncomplicated Firewall）

操作	命令	说明
查询防火墙状态	`sudo ufw status`	查看防火墙是否启用
开启防火墙	`sudo ufw enable`	启用防火墙保护
关闭防火墙	`sudo ufw disable`	关闭防火墙，允许所有连接

提示：

Ping 命令依赖 ICMP 协议，如果防火墙阻止 ICMP，Ping 会失败
在 Ubuntu 虚拟机之间测试连通性时，可能需要关闭防火墙
Windows 防火墙也可能影响互通，需要根据实验要求关闭

4、常用网络状态查看命令

命令	作用	示例
`ifconfig`	查看网络接口信息（IP、子网掩码、网关）	`ifconfig`
`ip addr`	查看 IP 地址和网络接口	`ip addr show`
`netstat -rn`	查看路由表	`netstat -rn`
`route -n`	查看路由信息	`route -n`
`ping`	测试主机连通性	`ping www.baidu.com`
`traceroute`	跟踪数据包路由	`traceroute www.baidu.com`

5、练习案例（虚拟机互联）

1.启动两个 Ubuntu 虚拟机，确保它们在同一网络（同一网段）。

2.使用 ifconfig 或 ip addr 获取 IP 地址。

3.关闭防火墙：

sudo ufw disable

4.使用 ping 测试互通：

ping 192.168.1.xxx

5.成功收到响应，即表明虚拟机互联成功。

6、注意事项

1.同一局域网测试时，确保 网关、子网掩码、IP 不冲突

2.Ping 不通时，可逐步检查：

IP 是否正确
防火墙是否开启
虚拟机网络配置（桥接、NAT）

3.Windows 系统 Ping Linux 时，也需关闭 Windows 防火墙或允许 ICMP。

7、总结口诀 🧠

“Ping 测连通，防火墙挡路；
IP、掩码、网关对齐，虚拟机互通顺畅。”

三、TCP网络编程

参数	说明	常用值
domain	指定协议族（Address Family）	`AF_INET`（IPv4）`AF_INET6`（IPv6）
type	套接字类型	`SOCK_STREAM`（TCP/流式）`SOCK_DGRAM`（UDP/数据报）
protocol	指定具体协议，通常填 0	0 表示根据 `type` 自动选择 TCP 或 UDP

返回值	说明
≥0	成功，返回一个文件描述符（fd），用于后续读写操作
-1	出错，失败，通常设置 `errno`，可用 `perror()` 查看错误原因

参数	说明
sockfd	由 `socket()` 返回的套接字文件描述符
addr	指向本地地址结构的指针（如 `struct sockaddr_in`），指定 IP 和端口号
addrlen	地址结构体长度，一般用 `sizeof(struct sockaddr_in)`

字段名	类型	含义	说明
sa_family	`unsigned short int`	地址族（Address Family）	指明使用哪种通信协议，如：`AF_INET`（IPv4）、`AF_INET6`（IPv6）、`AF_UNIX`（本地通信）
sa_data	`char[14]`	地址数据区	保存具体的地址和端口信息（实际含义取决于地址族）

成员名称	类型	说明	示例
sin_family	`unsigned short int`	地址族（Address Family）IPv4 通常设置为 `AF_INET`	`seraddr.sin_family = AF_INET;`
sin_port	`uint16_t`	端口号（Port Number）⚠️ 必须使用 `htons()` 转换为网络字节序	`seraddr.sin_port = htons(8080);`
sin_addr	`struct in_addr`	IP 地址信息，内部成员 `s_addr` 存储 32 位 IPv4 地址	`seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.10");`
sin_zero[8]	`unsigned char[8]`	保留字段（填充用，使结构体大小与 `sockaddr` 一致）通常清零即可	`bzero(seraddr.sin_zero, 8);`

返回值	说明
0	绑定成功
-1	绑定失败，设置 `errno` 可查看错误原因（如端口已占用）

错误信息	原因	解决方法
`bind: Address already in use`	端口未完全释放或处于 TIME_WAIT 状态	在 `bind()` 前调用：`setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));`
`Permission denied`	尝试绑定 0~1023 端口（系统端口）	使用普通端口号 >1024
`Invalid argument`	地址结构传递错误或未初始化	检查 `sockaddr_in` 结构赋值是否完整

参数	说明
`sockfd`	之前创建并绑定过的套接字文件描述符（socket + bind）
`backlog`	等待队列长度，表示在 accept() 之前可以排队等待的最大连接数

返回值	说明
`0`	成功，将套接字置为监听状态
`-1`	失败（例如套接字未绑定、资源不足等）

参数	说明
`sockfd`	监听套接字的文件描述符（已 socket + bind + listen）
`addr`	指向 `sockaddr` 结构的指针，用于存放客户端地址信息
`addrlen`	指向整数的指针，输入时为 `addr` 的长度，返回时为实际地址长度

返回值	说明
`>=0`	成功，返回新套接字文件描述符，用于与该客户端通信
`-1`	失败（例如套接字未监听或被信号中断）

参数	说明
`sockfd`	用于接收数据的套接字文件描述符（accept 或 connect 返回的 fd）
`buf`	指向接收数据缓冲区的指针，例如 `char buf[40]`
`len`	要接收的最大字节数（buf 的大小）
`flags`	通常填写 `0`，也可以使用位置参数，如 `MSG_DONTWAIT`（非阻塞）

返回值	说明
`>0`	成功接收到的字节数
`0`	对端关闭连接（客户端或服务器退出/断开）
`-1`	接收失败（网络错误、套接字错误等）

参数	说明
`sockfd`	用于发送数据的套接字文件描述符（accept 或 connect 返回的 fd）
`buf`	存放待发送数据的缓冲区地址
`len`	待发送数据的字节数
`flags`	通常填 0，也可以设置特殊发送选项（如 MSG_DONTWAIT、MSG_NOSIGNAL 等）

返回值	说明
`>0`	成功发送的字节数
`-1`	发送失败（套接字错误、网络错误等）

TCP实例：

题目：TCP 网络通信程序设计（基于 socket 的 C/S 模型）

要求:

利用 Linux 下的 socket API 编写一对基于 TCP 协议的通信程序，实现：

服务器端（Server）：等待客户端连接，建立通信，进行数据收发；
客户端（Client）：连接服务器，建立通信，进行数据收发；
使用 父子进程 分别实现“发送”和“接收”功能，实现全双工通信。

代码逻辑说明

1️⃣ 服务器端程序（Server）

文件功能：创建 TCP 服务器，等待客户端连接并实现双向通信。

主要步骤：

创建套接字
```
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
```
创建一个 IPv4、面向连接的 TCP 套接字。

设置服务器地址结构

seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(PORT_NUM);
seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);

绑定本机 IP 和端口号（这里是 192.168.11.247:5000）。

端口复用、绑定和监听

setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));
bind(sockfd, (SA *)&seraddr, sizeof(SIN));
listen(sockfd, 10);

允许端口复用；
将 socket 与 IP+端口绑定；
设置监听队列。

等待客户端连接
```
clifd = accept(sockfd, (SA*)&cliaddr, &addrlen);
```
当客户端连接成功后，返回新的通信套接字。
父子进程通信机制
- 使用 fork() 创建子进程。
- 子进程： recv() 接收客户端发来的消息；
- 父进程： send() 发送数据到客户端。

逻辑总结：

服务端在 192.168.11.247:5000 等待连接；
一旦客户端连接上后，父子进程分别负责发送与接收，实现双向通信。

2️⃣ 客户端程序（Client）

文件功能：连接服务器并进行全双工通信。

主要步骤：

创建 TCP 套接字

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

设置服务器地址

seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(PORT_NUM);
seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);

连接服务器
```
connect(sockfd, (SA*)&seraddr, sizeof(SA));
```
向服务器 IP（192.168.11.247）端口 5000 发起 TCP 连接。
父子进程机制
- 子进程： 循环 recv() 接收服务器发送的数据；
- 父进程： 使用 send() 向服务器发送输入数据。

使用方法:

1️⃣ 编译命令：

gcc server.c -o server
gcc client.c -o client

2️⃣ 运行步骤：

在服务器主机上运行：
```
./server
```
显示：
```
Socket fd = 3
Bind success!
Listen success!
```
等待客户端连接。
在另一台主机或同一主机上运行客户端：
```
./client
```
若成功连接，会显示：
```
Connect success!
```
同时服务器端显示：
```
客户端已连接，套接字 clifd = X
```

补充：ip地址的选择

在 socket 通信程序中：

服务器端（Server） 需要绑定一个本机可用的 IP 地址；
客户端（Client） 需要连接到服务器端的 IP 地址。

只有双方 IP 和端口匹配正确，且网络连通，TCP 连接才能建立成功。

用ifconfig查看本机可用的 IP 地址

截图可见：

ens33  Link encap:以太网  硬件地址 00:0c:29:5e:e7:acinet 地址:192.168.11.247  广播:192.168.15.255  掩码:255.255.248.0
lo      Link encap:本地环回inet 地址:127.0.0.1  掩码:255.0.0.0

这表示主机有两个网络接口：

接口名	IP 地址	说明
ens33	`192.168.11.247`	以太网接口（局域网 IP，可与其他主机通信）
lo	`127.0.0.1`	本地回环接口（仅限本机通信）

这份代码中的具体设置

✅ 如果要本机测试（服务器和客户端都在同一台电脑）：

修改两段代码中的：

#define SERVER_IP "127.0.0.1"

服务器绑定：

seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

客户端连接：

seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

运行方式：

# 打开两个终端
./server
./client

这样通信会成功（在同一主机上测试）。

✅ 如果你要两台电脑通信（局域网内）：

假设服务器那台电脑 IP 为：

192.168.11.247

那么：

服务器代码
```
#define SERVER_IP "192.168.11.247"
```
客户端代码
```
#define SERVER_IP "192.168.11.247"
```

并且要保证：

客户端能 ping 通服务器 IP；
服务器防火墙关闭或放行 5000 端口；
两台电脑在同一网段（都类似 192.168.11.xxx）。

IP 地址选择规则

场景	服务器绑定 IP	客户端连接 IP	说明
同一台主机通信（本机测试）	`127.0.0.1` 或 `"0.0.0.0"`	`127.0.0.1`	不经过网卡，最简单、安全
局域网两台主机通信	服务器使用本机局域网 IP，例如 `192.168.11.247`	客户端填服务器那台主机的同一个 IP 地址	确保在同一网段
跨网段或公网通信	公网 IP（或端口映射后的 NAT 地址）	客户端连接公网 IP	需保证防火墙和 NAT 规则允许访问

代码：

服务端 ------ service.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>#define SERVER_IP "192.168.11.247"   // 定义服务器IP地址
#define PORT_NUM 5000           // 定义服务器端口号为5000typedef struct sockaddr SA;
typedef struct sockaddr_in SIN;int main() {int sockfd;int ret;int reuse = 1;// 创建TCP套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   // 创建一个IPv4的TCP套接字，返回套接字描述符sockfdif (sockfd < 0) {perror("socket创建失败");return -1;}printf("Socket fd = %d\n", sockfd);// 初始化服务器地址结构：、设置IPv4协议族、端口号(PORT_NUM，网络字节序)和服务器IP地址(SERVER_IP)SIN seraddr;    bzero(&seraddr, sizeof(SIN));            //清零seraddr.sin_family = AF_INET;            // 指定使用IPv4地址族seraddr.sin_port = htons(PORT_NUM);      // 将主机字节序的端口号转换为网络字节序并赋给端口字段seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); // 将字符串形式的服务器IP地址转换为网络字节序并赋给地址字段setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)); // 设置套接字选项，允许端口地址复用ret = bind(sockfd, (SA *)&seraddr, sizeof(SIN));    // 将套接字sockfd与服务器地址结构seraddr绑定if (ret == -1) {perror("bind failed");exit(0);}printf("Bind success!\r\n");ret = listen(sockfd, 10);    // 设置监听队列长度为 10if(ret == -1) {perror("listen failed");exit(0);}printf("Listen success!\r\n");int clifd;SIN cliaddr;socklen_t addrlen = sizeof(cliaddr);clifd = accept(sockfd, (SA*)&cliaddr, &addrlen);if(clifd == -1) {perror("accept failed");exit(0);}printf("客户端已连接，套接字 clifd = %d\r\n", clifd);//创建父子进程ret = fork();if(ret == 0) {  //子进程，接收客户端发送过来的数据char r_buf[10] = {0};while(1) {recv(clifd, r_buf, sizeof(r_buf), 0);printf("客户端:%s\r\n", r_buf);memset(r_buf, 0, sizeof(r_buf));}}else {  //父进程，发送数据char t_buf[10] = {0};while (1) {scanf("%s", t_buf);getchar();  //吸收换行send(clifd, t_buf, sizeof(t_buf), 0);}}
}

客户端 ------ client.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>#define SERVER_IP "192.168.11.247"   // 定义服务器IP地址为本地回环地址
#define PORT_NUM 5000           // 定义服务器端口号为5000typedef struct sockaddr SA;
typedef struct sockaddr_in SIN;
int main() {int sockfd;int ret;// 创建TCP套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   // 创建一个IPv4的TCP套接字，返回套接字描述符sockfdif (sockfd < 0) {perror("socket创建失败");return -1;}printf("Socket fd = %d\n", sockfd);// 初始化服务器地址结构：、设置IPv4协议族、端口号(PORT_NUM，网络字节序)和服务器IP地址(SERVER_IP)SIN seraddr;    bzero(&seraddr, sizeof(SIN));            //清零seraddr.sin_family = AF_INET;            // 指定使用IPv4地址族seraddr.sin_port = htons(PORT_NUM);      // 将主机字节序的端口号转换为网络字节序并赋给端口字段seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); // 将字符串形式的服务器IP地址转换为网络字节序并赋给地址字段ret = connect(sockfd, (SA*)&seraddr, sizeof(SA));if(ret == -1) {perror("connect failed");exit(0);}printf("Connect success!\r\n");//创建父子进程ret = fork();if(ret == 0) {  //子进程，接收服务端发送过来的数据char r_buf[10] = {0};while(1) {recv(sockfd, r_buf, sizeof(r_buf), 0);printf("服务端:%s\r\n", r_buf);memset(r_buf, 0, sizeof(r_buf));}}else {  //父进程，发送数据char t_buf[10] = {0};while (1) {scanf("%s", t_buf);getchar();  //吸收换行符send(sockfd, t_buf, sizeof(t_buf), 0);}}}

四、UDP网络编程

UDP框架

⭐ UDP 的特点：

无连接：不需要三次握手
不可靠：不保证送达
速度快：更适合实时应用（语音、视频、广播）

UDP 服务器端流程

socket  →  bind  →  recvfrom  →  sendto  →  close

socket()
创建 UDP 套接字：
bind()
绑定服务器 IP 和端口。
recvfrom()
接收客户端发送的数据（阻塞等待）。
sendto()
将处理后的数据发送回客户端。
close()
关闭套接字。

UDP 客户端流程

socket  →  sendto  →  recvfrom  →  close

socket()

创建 UDP 套接字。
sendto()

不需要 connect，直接把数据发给服务器。
recvfrom()

接收服务器返回的数据。
close()

关闭套接字。

UDP相关函数

sendto() ------ 发送信息

1.头文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

2.函数原型

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len,int flags, const struct sockaddr *dest_addr,socklen_t addrlen);

3.函数参数

参数	说明
`sockfd`	套接字文件描述符（socket() 返回的 UDP 套接字）
`buf`	指向待发送数据的缓冲区
`len`	数据长度（字节）
`flags`	通常填写 0，MSG_DONTWAIT 可实现非阻塞。
`dest_addr`	目标地址结构（服务器或客户端的 IP + 端口）
`addrlen`	地址结构长度（`sizeof(struct sockaddr_in)`）

4.返回值

返回值	说明
`>=0`	实际发送的字节数
`-1`	发送失败（网络错误、地址错误等）

5.函数功能

使用 UDP 协议向指定 IP 和端口发送数据
不需要建立连接（无 connect，无三次握手）
可用于单播、广播、组播等应

6.示例代码

char buf[] = "hello udp";
int len;len = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0,(struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if (len == -1) {perror("sendto failed");exit(0);
}

recvfrom() ------ 接收信息

1.头文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

2.函数原型

int recvfrom(int s, void *buf, int len, unsigned int flags,struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen);

3.函数参数

参数	说明
int s	套接字文件描述符（UDP socket）
void buf*	接收数据的缓冲区（如 `char buf[40]`）
int len	缓冲区长度（期望接收多少字节）
unsigned int flags	一般填 0（也可使用 `MSG_DONTWAIT` 非阻塞）
struct sockaddr from*	用来存放发送方（对端）地址信息
socklen_t fromlen*	输入输出参数：地址结构大小（一般为 `sizeof(struct sockaddr_in)`）

4.返回值

返回值	说明
>0	实际接收到的数据长度
0	对端关闭（UDP 一般不会出现）
-1	接收失败

5.函数功能

从 UDP 套接字接收数据
获取对方（发送者）的 IP 和端口号
默认阻塞等待数据到来
常用于 UDP 服务器端和客户端消息接收

6.示例代码

SIN cliaddr;
socklen_t addrlen = sizeof(SIN);
char r_buf[40];int recv_len = recvfrom(serfd, r_buf, sizeof(r_buf), 0,(SA*)&cliaddr, &addrlen);if (recv_len == -1) {perror("recvfrom failed");exit(0);
}printf("接收到 %d 字节: %s\n", recv_len, r_buf);

UDP实例

利用UDP协议，实现服务器和客户端之间自由通信

服务端service.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>#define SERVER_IP "192.168.11.247"   // 定义服务器IP地址
#define PORT_NUM 5000           // 定义服务器端口号为5000typedef struct sockaddr SA;
typedef struct sockaddr_in SIN;int main() {int sockfd;int ret;int reuse = 1;// 创建UDP套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建一个IPv4的UDP套接字，返回套接字描述符sockfdif (sockfd < 0) {perror("socket创建失败");return -1;}printf("Socket fd = %d\n", sockfd);// 初始化服务器地址结构：、设置IPv4协议族、端口号(PORT_NUM，网络字节序)和服务器IP地址(SERVER_IP)SIN seraddr;    bzero(&seraddr, sizeof(SIN));            //清零seraddr.sin_family = AF_INET;            // 指定使用IPv4地址族seraddr.sin_port = htons(PORT_NUM);      // 将主机字节序的端口号转换为网络字节序并赋给端口字段seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); // 将字符串形式的服务器IP地址转换为网络字节序并赋给地址字段setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)); // 设置套接字选项，允许端口地址复用ret = bind(sockfd, (SA *)&seraddr, sizeof(SIN));    // 将套接字sockfd与服务器地址结构seraddr绑定if (ret == -1) {perror("bind failed");exit(0);}printf("Bind success!\r\n");//接收对应客户端信息char buf[10] = {0};SIN cliaddr = {0};socklen_t addrlen = sizeof(SIN);ret = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (SA*)&cliaddr, &addrlen);if(ret > 0) {printf("客户端信息：%s\r\n", buf);}//打印地址信息--直接法--对应客户端的IP地址printf("new client address is:%d.%d.%d.%d:%d\r\n",(cliaddr.sin_addr.s_addr)&0xff,(cliaddr.sin_addr.s_addr>>8)&0xff,(cliaddr.sin_addr.s_addr>>16)&0xff ,(cliaddr.sin_addr.s_addr>>24)&0xff,cliaddr.sin_port);//可以输出对应的IP地址  printf("ip addr is:%s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr));//创建父子进程ret = fork();if(ret == 0) {  //子进程，接收客户端发送过来的数据char r_buf[10] = {0};while(1) {if(recvfrom(sockfd, r_buf, sizeof(r_buf), 0, (SA*)&cliaddr, &addrlen)) {printf("客户端:%s\r\n", r_buf);}memset(r_buf, 0, sizeof(r_buf));}}else {  //父进程，发送数据char t_buf[10] = {0};while (1) {fgets(t_buf, sizeof(t_buf), stdin);     // 从标准输入读取一行数据到bufsendto(sockfd, t_buf, strlen(t_buf), 0, (SA*)&cliaddr, addrlen);    // 将buf中的数据发送到指定客户端地址cliaddrmemset(t_buf, 0, sizeof(t_buf));}}
}

客户端client.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>#define SERVER_IP "192.168.11.247"   // 定义服务器IP地址为本地回环地址
#define PORT_NUM 5000           // 定义服务器端口号为5000typedef struct sockaddr SA;
typedef struct sockaddr_in SIN;
int main() {int sockfd;int ret;// 创建TCP套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);    // 创建一个IPv4的UDP套接字，返回套接字描述符sockfdif (sockfd < 0) {perror("socket创建失败");return -1;}printf("Socket fd = %d\n", sockfd);// 初始化服务器地址结构：、设置IPv4协议族、端口号(PORT_NUM，网络字节序)和服务器IP地址(SERVER_IP)SIN seraddr;    socklen_t addrlen = sizeof(seraddr);bzero(&seraddr, sizeof(SIN));            //清零seraddr.sin_family = AF_INET;            // 指定使用IPv4地址族seraddr.sin_port = htons(PORT_NUM);      // 将主机字节序的端口号转换为网络字节序并赋给端口字段seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); // 将字符串形式的服务器IP地址转换为网络字节序并赋给地址字段ret = sendto(sockfd, "hello", sizeof("hello"), 0, (SA*)&seraddr, addrlen);if(ret > 0) {printf("sendto success\r\n");}//创建父子进程ret = fork();if(ret == 0) {  //子进程，接收服务端发送过来的数据char r_buf[10] = {0};while(1) {if(recvfrom(sockfd, r_buf, sizeof(r_buf), 0, (SA*)&seraddr, &addrlen)) {printf("服务端:%s\r\n", r_buf);}memset(r_buf, 0, sizeof(r_buf));}}else {  //父进程，发送数据char t_buf[10] = {0};while (1) {fgets(t_buf, sizeof(t_buf), stdin);     // 从标准输入读取一行数据到bufsendto(sockfd, t_buf, strlen(t_buf), 0, (SA*)&seraddr, addrlen);    // 将buf中的数据发送到指定客户端地址cliaddrmemset(t_buf, 0, sizeof(t_buf));}}}

现象：

1.打开服务端

2.用另一个终端打开客户端

3.服务器和客户端之间自由通信

查看全文

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参数	说明
`sockfd`	套接字文件描述符（socket() 的返回值）
`addr`	服务器地址结构（sockaddr_in 转型成 sockaddr）
`addrlen`	地址结构的长度，通常为 `sizeof(struct sockaddr_in)`

返回值	说明
`0`	连接成功（TCP 三次握手建立完成）
`-1`	连接失败（服务器未启动、IP/端口错误、拒绝访问等）