2021-2022-1-diocs-Unix/Linux系統程式設計第十二週學習筆記
20191218 2021-2022-1-diocs-TCP/IP和網路程式設計
思維導圖
知識總結
- 論述TCP/IP協議及其應用，具體包括TCP/IP棧、IP地址、主機名、DNS、IP資料包和路由器;
- 介紹TCP/IP網路中的UDP和TCP協議、埠號和資料流;
- 闡述伺服器—客戶機計算模型和套接字程式設計介面;
- 介紹Web和CGI程式設計，解釋HTTP程式設計模型、Web頁面和Web瀏覽器;
- 展示如何配置Linux HTTPD伺服器來支援使用者Web頁面、PHP和CGI程式設計;
- 闡釋客戶機和伺服器端動態Web頁面。
網路程式設計基礎
- TCP/IP協議
TCP/IP協議包括ICMP、IP、telnet、udp等協議，是利用IP進行通訊時所必須用到的協議群的統稱。
資料流路徑
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IP主機和IP地址
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主機
主機是支援TCP/IP協議的計算機或裝置。
每個主機由一個32位的IP地址來標識。為方便起見，32位的IP地址號通常用點記法（點分十進位制）表示，例如:134.121.64.1，其中各個位元組用點號分開。主機也可以用主機名來表示，如dns1.eec.wsu.edu。
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IP地址
分為兩部分，即NetworkID欄位和HostID欄位。
根據劃分，IP地址分為A~E類。例如，一個B類P地址被劃分為一個16位NetworkID，其中前2位是10，然後是一個16位的HostID欄位。發往P地址的資料包首先被髮送到具有相同networkID 的路由器。路由器將通過HostID將資料包轉發到網路中的特定主機。每個主機都有一個本地主機名localhost，預設P地址為127.0.0.1。本地主機的鏈路層是一個回送虛擬裝置，它將每個資料包路由回同一個 localhost。
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IP協議
用於在IP主機之間傳送/接收資料包。IP盡最大努力執行。IP主機只向接收主機發送資料包，但它不能保證資料包會被髮送到它們的目的地，也不能保證按順序傳送。 -
IP資料包
由IP頭、傳送方地址和接收方IP地址以及資料組成。
IP資料包格式
每個資料包的大小最大為64KB。IP頭包含有關資料包的更多資訊，例如資料包的總長度、資料包使用TCP還是UDP、生存時間(TTL)計數、錯誤檢測的校驗和等。
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路由器
接收和轉發資料包的特殊IP主機。
一個IP資料包可能會經過許多路由器，或者跳躍到達某個目的地。每個IP包在IP報頭中都有一個8位生存時間(TTL)計數，其最大值為255。在每個路由器上，TTL會減小1。如果TTL減小到0，而包仍然沒有到達目的地，則會直接丟棄它。這可以防止任何資料包在IP網路中無限迴圈。
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UDP
在IP上執行，用於傳送/接收資料報。
與IP類似，UDP不能保證可靠性，但是快速高效。
如ping是一個向目標主機發送帶時間戳UDP包的應用程式。接收到一個pinging資料包後，目標主機將帶有時間戳的UDP包回送給傳送者，讓傳送者可以計算和顯示往返時間。
如果目標主機不存在或宕機，當TTL減小為0時，路由器將會丟棄pinging UDP資料包。在這種情況下，使用者會發現目標主機沒有任何響應。使用者可以嘗試再次ping，或者斷定目標主機宕機。 -
TCP
一種面向連線的協議，用於傳送/接收資料流。
TCP也可在IP上執行，但它保證了可靠的資料傳輸。通常，UDP類似於傳送郵件的USPS，而TCP類似於電話連線。
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埠編號
埠號是分配給應用程式的唯一無符號短整數。
要想使用UDP或TCP，應用程式（程序）必須先選擇或獲取一個埠號。前1024個埠號已被預留。其他埠號可供一般使用。應用程式可以選擇一個可用埠號，也可以讓作業系統核心分配埠號。
應用程式 = （主機IP， 協議， 埠號）
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網路和主機位元組序
計算機可以使用大端位元組序，也可以使用小端位元組序。在網際網路上，資料始終按網路序排列，這是大端。在小端機器上，例如基於Intel x86的PC，htons()、htonl()、ntohs()、ntohl()等庫函式，可在主機序和網路序之間轉換資料。 -
TCP/IP網路中的資料流