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

/*
 * 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

/*
 * 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

/*
 * 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=IHL*32bit
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