Linux软件编程：网络的概念和配置

一、网络协议基础

1. 协议的概念

协议是通信双方约定的一套标准，就像两个人交流要用同一种语言。在网络中，协议规定了数据的格式、传输顺序、差错处理等。

2. OSI七层模型与TCP/IP四层模型

OSI是理想模型，实际应用中是TCP/IP模型：

个人理解：OSI把功能分得很细，但实际TCP/IP将上面三层合并，下面两层合并，更简洁实用。

3. 关键协议简介

• TCP：传输控制协议，面向连接、可靠、基于字节流。三次握手建立连接，四次挥手断开，还有确认机制、流量控制、拥塞控制，开销大但安全。

• UDP：用户数据报协议，无连接、不可靠、基于报文。资源开销小，传输速度快，适合实时性要求高的场景（如视频通话、DNS查询）。

• IP：网际协议，提供跨局域网的路由功能。IPv4地址32位，IPv6地址128位解决地址耗尽问题。

二、IP地址详解

1. IP地址结构

IP地址 = 网络位 + 主机位。网络位决定网段，主机位标识该网段内的设备。

• 子网掩码：用连续的1标识网络位，0标识主机位。例如255.255.255.0表示前24位是网络位。

• 同一网段：网络位相同，可以直接通信。

2. IP地址分类

• A类：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255，掩码255.0.0.0，大型网络。

• B类：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255，掩码255.255.0.0，中型网络。

• C类：192.0.0.0 ~ 223.255.255.251，掩码255.255.255.0，小型网络。

• D类：组播地址。

• E类：实验保留。

3. 公有地址与私有地址

私有地址不能直接上互联网，需通过NAT转换：

• A类私有：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

• B类私有：172.16.0.0 ~ 172.31.255.255

• C类私有：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

三、Linux网络配置与常用命令

1. 虚拟机网络模式

• 桥接模式：Ubuntu与宿主机在网络中地位平等，独立获取IP，可作为服务器。

• NAT模式：Ubuntu通过宿主机共享上网，IP是虚拟的，不能作为服务器，适合客户端。

2. 常用命令

# 查看网卡信息
ifconfig

# 临时设置IP
sudo ifconfig ens33 192.168.0.108/24 up

# 测试连通性
ping www.baidu.com

# 查看路由
route -n

3. 永久网络配置（以Ubuntu为例）

编辑/etc/network/interfaces：

auto lo
iface lo inet loopback

auto ens33
iface ens33 inet dhcp # 动态获取
# 或者静态配置：
# iface ens33 inet static
# address 192.168.1.100
# netmask 255.255.255.0
# gateway 192.168.1.1

保存后重启网络或重启系统。

四、UDP通信编程

UDP编程相对简单，因为不需要建立连接。主要用到以下几个函数：

1. socket() —— 创建套接字

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

• AF_INET：IPv4协议族

• SOCK_DGRAM：数据报套接字（UDP）

• 返回文件描述符，后续读写用此fd。

2. sendto() —— 发送数据

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

• dest_addr：目标地址结构体，包含IP和端口。

• addrlen：地址结构体大小。

3. recvfrom() —— 接收数据

类似sendto，不过参数中的sockaddr用于存储发送方地址。

4. 地址结构体与字节序转换

struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // AF_INET
in_port_t sin_port; // 端口号（网络字节序）
struct in_addr sin_addr; // IP地址
};

// 主机字节序转网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 端口用
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // IP用

// 字符串IP转二进制
in_addr_t inet_addr(const char *cp);

5. 简单UDP通信流程

发送端：

接收端：

#include "head.h"

int main()
{
int sockfd = 0;
char tmpbuff[4096]={0};
struct sockaddr_in recvaddr;
ssize_t nert = 0;

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(-1 == sockfd)
{
perror("fail to socket");
return -1;
}

recvaddr.sin_family = AF_INET;
recvaddr.sin_port = htons(50000);
recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.146");
while(1)
{
gets(tmpbuff);
nert = sendto(sockfd,tmpbuff,strlen(tmpbuff),0,(struct sockaddr *)&recvaddr,sizeof(recvaddr));
if(-1 == nert)
{
perror("fail to sendto\\n");
return -1;
}
if(0 == strcmp(tmpbuff,".quit"))
{
break;
}
}

close(sockfd);
return 0;
}