202120221diocsUnix/Linux系统编程第十二周学习笔记

20191218 2021-2022-1-diocs-TCP/IP和网络编程

思维导图

知识总结

1. 论述TCP/IP协议及其应用，具体包括TCP/IP栈、IP地址、主机名、DNS、IP数据包和路由器;
2. 介绍TCP/IP网络中的UDP和TCP协议、端口号和数据流;
3. 阐述服务器—客户机计算模型和套接字编程接口;
4. 介绍Web和CGI编程，解释HTTP编程模型、Web页面和Web浏览器;
5. 展示如何配置Linux HTTPD服务器来支持用户Web页面、PHP和CGI编程;
6. 阐释客户机和服务器端动态Web页面。

网络编程基础

• TCP/IP协议

TCP/IP协议包括ICMP、IP、telnet、udp等协议，是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。

数据流路径

• IP主机和IP地址

  • 主机

    主机是支持TCP/IP协议的计算机或设备。

    每个主机由一个32位的IP地址来标识。为方便起见，32位的IP地址号通常用点记法（点分十进制）表示，例如:134.121.64.1，其中各个字节用点号分开。主机也可以用主机名来表示，如dns1.eec.wsu.edu。

  • IP地址
    分为两部分，即NetworkID字段和HostID字段。
    根据划分，IP地址分为A~E类。例如，一个B类P地址被划分为一个16位NetworkID，其中前2位是10，然后是一个16位的HostID字段。发往P地址的数据包首先被发送到具有相同networkID 的路由器。路由器将通过HostID将数据包转发到网络中的特定主机。

    每个主机都有一个本地主机名localhost，默认P地址为127.0.0.1。本地主机的链路层是一个回送虚拟设备，它将每个数据包路由回同一个 localhost。

• IP协议
  用于在IP主机之间发送/接收数据包。IP尽最大努力运行。IP主机只向接收主机发送数据包，但它不能保证数据包会被发送到它们的目的地，也不能保证按顺序发送。

• IP数据包

  由IP头、发送方地址和接收方IP地址以及数据组成。

  IP数据包格式
  

  每个数据包的大小最大为64KB。IP头包含有关数据包的更多信息，例如数据包的总长度、数据包使用TCP还是UDP、生存时间(TTL)计数、错误检测的校验和等。

• 路由器

  接收和转发数据包的特殊IP主机。

  一个IP数据包可能会经过许多路由器，或者跳跃到达某个目的地。每个IP包在IP报头中都有一个8位生存时间(TTL)计数，其最大值为255。在每个路由器上，TTL会减小1。如果TTL减小到0，而包仍然没有到达目的地，则会直接丢弃它。这可以防止任何数据包在IP网络中无限循环。

• UDP

  在IP上运行，用于发送/接收数据报。

  与IP类似，UDP不能保证可靠性，但是快速高效。
  如ping是一个向目标主机发送带时间戳UDP包的应用程序。接收到一个pinging数据包后，目标主机将带有时间戳的UDP包回送给发送者，让发送者可以计算和显示往返时间。
  如果目标主机不存在或宕机，当TTL减小为0时，路由器将会丢弃pinging UDP数据包。在这种情况下，用户会发现目标主机没有任何响应。用户可以尝试再次ping，或者断定目标主机宕机。

• TCP

  一种面向连接的协议，用于发送/接收数据流。

  TCP也可在IP上运行，但它保证了可靠的数据传输。通常，UDP类似于发送邮件的USPS，而TCP类似于电话连接。

• 端口编号

  端口号是分配给应用程序的唯一无符号短整数。

  要想使用UDP或TCP，应用程序（进程）必须先选择或获取一个端口号。前1024个端口号已被预留。其他端口号可供一般使用。应用程序可以选择一个可用端口号，也可以让操作系统内核分配端口号。

  应用程序 = （主机IP， 协议， 端口号）

• 网络和主机字节序
  计算机可以使用大端字节序，也可以使用小端字节序。在互联网上，数据始终按网络序排列，这是大端。在小端机器上，例如基于Intel x86的PC，htons()、htonl()、ntohs()、ntohl()等库函数，可在主机序和网络序之间转换数据。

• TCP/IP网络中的数据流
  

实践过程

socket通信实现远程控制
服务器端：Kali Linux Debian10
IP地址：192.168.174.129

客户端：OpenEuler-20.03-LTS-SP2
服务器端运行server

客户端运行client，并绑定服务器IP

服务器端响应

客户端已实现进入服务器端终端，可输入任意命令

代码链接

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