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Linux 网络基础知识总结

1. 计算机网络体系结构

• OSI七层模型
由国际化标准组织（ISO）制定，将网络通信分为七层：
• 物理层：比特流传输（如网线、光纤）。
• 数据链路层：帧传输（MAC地址、差错检测）。
• 网络层：路由选择（IP协议）。
• 传输层：端到端可靠传输（TCP/UDP）。
• 会话层：建立/管理会话。
• 表示层：数据格式转换（加密、压缩）。
• 应用层：用户接口（HTTP、FTP）。

• TCP/IP四层模型
实际应用的工业标准：
• 网络接口层：对应OSI物理层+数据链路层。
• 网络层：IP协议（路由、寻址）。
• 传输层：TCP（可靠）/UDP（高效）。
• 应用层：整合OSI的应用层、表示层、会话层。

2. TCP协议

• 特点
• 面向连接、可靠传输（三次握手、四次挥手）。
• 流量控制、拥塞控制。
• 适用于对可靠性要求高的场景（文件传输、网页浏览）。

• 三次握手建立连接

1. 客户端发送SYN（同步序列号）。
2. 服务端回复SYN+ACK。
3. 客户端确认ACK。

• 四次挥手断开连接

1. 一方发送FIN请求断开。
2. 另一方回复ACK确认。
3. 另一方发送FIN请求反向断开。
4. 初始方回复ACK确认。

• 数据包格式
• 包含源/目的端口、序列号、确认号、窗口大小、校验和等字段。

3. UDP协议

• 特点
• 无连接、不可靠传输，但开销小、速度快。
• 支持广播/组播，适用于实时应用（视频通话、DNS查询）。

• 数据包格式
• 仅包含源/目的端口、长度、校验和。

4. Socket编程基础

• Socket类型
• SOCK_STREAM：流式套接字（TCP）。
• SOCK_DGRAM：数据报套接字（UDP）。
• SOCK_RAW：原始套接字（直接操作IP层）。

• 关键函数
• socket()：创建套接字。
• bind()：绑定IP和端口。
• listen()（TCP服务端）：监听连接请求。
• accept()（TCP服务端）：接受连接。
• connect()（TCP客户端）：发起连接。
• send()/recv()（TCP）：数据传输。
• sendto()/recvfrom()（UDP）：无连接数据传输。

• 网络字节序转换
• htonl()/htons()：主机转网络字节序（32位/16位）。
• ntohl()/ntohs()：网络转主机字节序。

• 地址结构体

struct sockaddr_in {sa_family_t     sin_family;  // 协议族（AF_INET）in_port_t       sin_port;    // 端口（网络字节序）struct in_addr  sin_addr;    // IP地址（网络字节序）char            sin_zero[8]; // 填充对齐
};
struct in_addr {uint32_t s_addr;  // 32位IP地址
};

5. IP地址与端口

• IP地址分类
• IPv4：32位（点分十进制，如192.168.1.1）。
• 特殊地址：127.0.0.1（本地回环）、INADDR_ANY（绑定所有接口）。

• 端口号
• 范围：
◦ 0-1023：系统保留端口（如HTTP:80）。
◦ 1024-49151：用户注册端口。
◦ 49152-65535：动态/私有端口。

6. UDP广播与组播

• 广播
• 地址类型：
◦ 直接广播：主机号全1（如192.168.1.255）。
◦ 受限广播：255.255.255.255（仅本地网络）。
• 使用setsockopt()设置SO_BROADCAST选项。

• 组播
• 地址范围：
◦ 224.0.0.0~239.255.255.255。
• 使用setsockopt()设置IP_ADD_MEMBERSHIP加入组播组。

7. TCP与UDP编程模型对比

• TCP服务端流程

1. socket() → bind() → listen() → accept() → send()/recv() → close()。
   • 需维护连接状态，适合长时间数据交互。

• UDP服务端流程

1. socket() → bind() → recvfrom() → sendto() → close()。
   • 无连接，适合短报文或广播/组播场景。

8. 关键函数详解

• setsockopt()
设置套接字选项（如广播、组播、超时）：

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

• 常用选项：SO_REUSEADDR（端口复用）、SO_RCVTIMEO（接收超时）。

9. 总结

• TCP vs UDP

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接	无连接
可靠性	可靠（重传）	不可靠
速度	较慢	较快
适用场景	文件传输	实时音视频

• 核心要点
• 理解网络分层模型（OSI/TCP/IP）。
• 掌握Socket编程函数及地址结构体。
• 区分TCP的可靠传输与UDP的高效传输。
• 熟悉广播/组播的实现方式。