Socket编程 - 网络基础知识

API编程部分：http://www.cnblogs.com/Jimmy1988/p/7895213.html

1. 协议简介

此处，我们主要介绍Linux编程常用的三种协议(TCP/UDP/IP), 关于三种协议的定义，可参见各自的头文件：

/usr/include/linux/tcp.h

/usr/include/linux/udp.h

/usr/include/linux/ip.h

①. TCP

Socket编程 - 网络基础知识

/*
 * Come from /usr/include/linux/tcp
 */
struct tcphdr {
    __be16  source;
    __be16  dest;
    __be32  seq;
    __be32  ack_seq;
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
    __u16   res1:4,
        doff:4,
        fin:1,
        syn:1,
        rst:1,
        psh:1,
        ack:1,
        urg:1,
        ece:1,
        cwr:1;
#elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
    __u16   doff:4,
        res1:4,
        cwr:1,
        ece:1,
        urg:1,
        ack:1,
        psh:1,
        rst:1,
        syn:1,
        fin:1;
#else
#error  "Adjust your <asm/byteorder.h> defines"
#endif
    __be16  window;
    __sum16 check;
    __be16  urg_ptr;
};

Unit	bits	Function
源端口	16	源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址
目的端口	16	端口指明接收方计算机上的应用程序接口常用端口： - ftp/tftp: 20、21/69 - SSH: 22 - telent: 23 - smtp: 25 - http/https: 80/443 - pop3/snmp: 110/163 (详细信息参见：http://cert.sjtu.edu.cn/doc/linux/ch-ports.html) 或者参见Linux的文件 `/usr/services`
序号	32	本报文段发送的数据组的第一个字节的序号
确认序号	32	下一个期待收到的字节序号
数据偏移／首部长度	4	TCP报头的长度报头长度=首部长度*32bit
保留	4	为将来定义新的用途保留，现在一般置0
URG	1	紧急指针标志 - 为1时表示紧急指针有效 - 为0则忽略紧急指针
ACK	1	确认序号标志 - 为1时表示确认号有效 - 为0表示忽略确认号字段
PSH	1	push标志 - 1:指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队
RST	1	重置连接标志用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求
SYN	1	同步序号用于建立连接过程，在连接请求中， - SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域; - SYN=1和ACK=1,而连接应答捎带一个确认
FIN	1	finish标志,用于释放连接 - 1: 表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流
窗口	16	滑动窗口大小用来告知发送端接受端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制
校验和	16	奇偶校验此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得; 由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。
紧急指针	16	只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。
选项和填充	32	表示本端所能接受的最大报文段的长度

②. UDP

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/*
 * Come from /usr/include/linux/udp.h
 */
struct udphdr {
    __be16  source;
    __be16  dest;
    __be16  len;
    __sum16 check;
};

Unit	bits	Function
源端口	16	源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0
目的端口	16	目的端口号。这在终点交付报文时必须要使用到
长度	16	UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）
校验和	16	检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃

③. IP

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/* 
 * Comes from /usr/include/linux/ip.h
 */
 
struct iphdr {
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
    __u8    ihl:4,
        version:4;
#elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
    __u8    version:4,
        ihl:4;
#else
#error  "Please fix <asm/byteorder.h>"
#endif
    __u8    tos;
    __be16  tot_len;
    __be16  id;
    __be16  frag_off;
    __u8    ttl;
    __u8    protocol;
    __sum16 check;
    __be32  saddr;
    __be32  daddr;
    /*The options start here. */
};

Unit	bits	Function
version	4	IP协议的版本
IHL (Internet Header Length)	4	IP报头的长度固定部分的长度（20字节）和可变部分的长度之和 *Length=IHL32bit**
TOS (Type Of Service)	8	IP数据包的服务类型
总长度	16	IP报文的总长度报头的长度和数据部分的长度之和
标识	16	唯一的标识主机发送的每一分数据报通常每发送一个报文，它的值加一。当IP报文长度超过传输网络的MTU（最大传输单元）时必须分片，这个标识字段的值被复制到所有数据分片的标识字段中，使得这些分片在达到最终目的地时可以依照标识字段的内容重新组成原先的数据。
标志	3	R、DF、MF三位目前只有后两位有效 - DF位：为1表示不分片，为0表示分片; - MF：为1表示“更多的片”，为0表示这是最后一片
片位移	13	本分片在原先数据报文中相对首位的偏移位（需要再乘以8）
TTL (Time To Live)	8	IP报文所允许通过的路由器的最大数量每经过一个路由器，TTL减1; 当为0时，路由器将该数据报丢弃
协议	8	指出IP报文携带的数据使用的是那种协议，以便目的主机的IP层能知道要将数据报上交到哪个进程。 - TCP: 6 - UDP: 17 - ICMP: 1 - IGMP: 2
首部校验和	16	计算IP头部的校验和, 检查IP报头的完整性
源IP地址	32	标识IP数据报的源端设备
目的IP地址	32	标识IP数据报的目的地址。

2. IPv4相关操作

/* Internet address.  */
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
    in_addr_t s_addr;
};

①. IPv4地址转换

函数	参数	返回值	描述
in_addr_t inet_addr( const char *cp)	cp:十进制字符串	成功：0 失败：非0	将点分十进制字符串转换为32位网络字节(大端)
in_addr_t inet_network( const char *cp)	cp:十进制字符串	成功:32bit 地址失败：非0	将点分十进制字符串转换为32位主机字节顺序的IP地址
char *inet_ntoa( struct in_addr in)	in:32bit网络IP	点分十进制字符串	将32bit的网络顺序字节转化为点分十进制字符串方式
int inet_aton( const char cp, struct in_addr inp	1.cp: 欲转化的点分十进制IP的首地址 2.inp:转化结果的地址空间首地址	成功：0 失败：非0	点分十进制字符串转化为32bit的网络顺序字节顺序

②. 获取ID

函数	参数	返回值	描述
in_addr_t inet_lnaof( struct in_addr in)	in:ip地址	返回标准主机ID	获取标准主机ID
in_addr_t inet_netof( struct in_addr in)	in:ip地址	返回标准主机ID	获取标准网络ID
struct in_addr inet_makeaddr( int net, int host)	1.net:网络ID 2.host:主机ID	返回IP	将主机ID和网络ID合成标准IP

3. 大端小端

大端：Big-Endian
即内存高地址存放数据的低字节：如0x1234，存放在0x4000~0x4001，则0x4000存0x12,0x4001存0x34
网络字节顺序统一采用大端

小端：Little-Endian
与大端相反，即高地址存放高字节
x86系列处理器为小端模式

①.程序判断大小端

#include <stdio.h>

int main()
{
    union end_un
    {
        unsigned short int word;
        char ch;
    }endian;

    endian.word = 0x1234;
    if(endian.ch == 0x12)
    {
        printf("This is Big-Endian!\n");
    }

    else if(endian.ch == 0x34)
    {
        printf("This is Little-Endian!\n");
    }

    return 0;
}

②. 字节顺序转化函数

头文件：#include <arpa/inet.h>

函数数	功能
uint32_t htonl(uint32_t hostlong)	long host to net
uint16_t htons(uint16_t hostshort)	short host to net
uint32_t ntohl(uint32_t netlong )	long net to host
uint16_t ntohs(uint16_t netshort )	short net to host

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1. 协议简介

①. TCP

②. UDP

③. IP

2. IPv4相关操作

①. IPv4地址转换

②. 获取ID

3. 大端小端

①.程序判断大小端

②. 字节顺序转化函数

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