一、网络模型

1. OSI 七层模型

1. 应用层：要传输的业务内容，给应用程序使用
2. 表示层：对数据做加密、解密、格式转换
3. 会话层：建立、管理会话链接
4. 传输层：负责端到端数据传输，代表协议 TCP、UDP
5. 网络层：路由选择，跨主机寻址，IP 协议
6. 数据链路层：局域网内部数据传输，MAC 帧
7. 物理层：网线、网卡等硬件介质

2. TCP/IP 四层模型（实际 Linux 内核使用）

1. 应用层：HTTP、FTP、DNS、TFTP、TELNET、SMTP
2. 传输层：TCP、UDP
3. 网络层：IP、ARP/RARP
4. 网络接口层：网卡驱动、硬件接口

OSI 是理论标准；TCP/IP 是现实工业实现。

二、传输层两大协议

UDP 用户数据报协议

• ✅ 无连接，不需要建立连接
• ✅ 资源开销小，速度快
• ❌ 不可靠，不确认、不重传，会丢包乱序
• ✅ 面向数据报，数据包边界保留，不会粘包

适用：DNS、直播、视频通话、游戏

TCP 传输控制协议

• ✅ 有连接：三次握手建立连接
• ✅ 可靠传输：确认应答、丢包重传
• ✅ 四次挥手断开连接
• ✅ 拥塞控制、滑动窗口
• ❌ 占用资源大，速度慢
• ❌ 字节流，会发生粘包

适用：文件下载、网页浏览，对数据完整性要求高场景。

三、网络层 IP 协议

1. IPv4 地址格式：网络位 + 主机位

• 网络位：标识是哪一个局域网
• 主机位：局域网内部是哪一台设备

例：192.168.0.175

广播地址：网络位不变，主机位全部置 1，向局域网所有主机发消息。例：192.168.0.255

子网掩码：区分网络位和主机位；二进制 1 代表网络位，0 代表主机位。192.168.0.175 /24，代表前 24 位是网络位。

2. IP 地址分类表格

分类	地址范围	用途
A 类	1.0.0.0‑126.255.255.255	大型网络
B 类	128.0.0.0‑191.255.255.255	中型网络
C 类	192.0.0.0‑223.255.255.255	小型局域网，最常用
D 类	224.0.0.0‑239.255.255.255	组播、广播
E 类	240.0.0.0‑255.255.255.255	实验保留

私有 IP（内网，不能直接上互联网）

• A 类：10.x.x.x
• B 类：172.16‑172.31.x.x
• C 类：192.168.x.x

公网 IP：可以直接访问互联网。

配套协议

• ARP：IP 地址 → MAC 物理地址
• RARP：MAC → IP 地址

四、网络字节序（重点）

网络传输统一使用大端序：高字节放在低地址。主机有可能大端、小端；网络一定大端。

主机字节序（小端） → 网络字节序（大端），必须转换！

1. htons

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

• 参数：hostshort：主机字节序的 16 位短整型（端口号）
• 返回值：网络大端序的 16 位数
• 作用：h host 主机，to 转换，n net 网络，s short 16 位
• 注意点：端口号一定要用 htons 转换，不转换会通信异常
• 比喻：把本地语言翻译成网络通用语言

2. inet_addr

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

• 参数：cp 字符串 IP，例如 "192.168.1.100"
• 返回值：网络字节序的 32 位整数 IP
• 作用：把点分十进制字符串 IP，转成网络大端整数，填进 sockaddr_in 结构体

3. inet_ntoa

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

• 参数：in 网络字节序 IP 结构体
• 返回值：点分十进制字符串 IP
• 作用：网络大端 IP，转成我们看得懂的 192.168.x.x 字符串

五、UDP 套接字编程核心 API

1. socket 创建套接字

int socket(int domain, int type, int protocol);

• 参数
  • domain：AF_INET → 使用 IPv4 地址族
  • type：SOCK_DGRAM → 数据报套接字，UDP 专用
  • protocol：0，自动匹配协议
• 返回值：成功返回套接字文件描述符；失败 -1
• 作用：创建 UDP 通信端点
• 注意点：TCP 用 SOCK_STREAM；UDP 用 SOCK_DGRAM
• 比喻：拿到一个快递收发窗口

2. sockaddr_in IPv4 地址结构体

struct sockaddr_in
{
    sa_family_t    sin_family;   //地址族：AF_INET
    in_port_t      sin_port;     //端口，必须htons转换
    struct in_addr sin_addr;     //IP地址，inet_addr()转换
    unsigned char  sin_zero[8];  //补0占位
};

传参强制转成通用结构体 (struct sockaddr *)&sockaddr_in变量

3. bind 绑定端口

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 参数
  • sockfd：socket 返回 fd
  • addr：填好 IP 端口的 sockaddr_in，强转 struct sockaddr*
  • addrlen：sizeof(struct sockaddr_in)
• 返回值：成功 0；失败 -1
• 作用：把套接字绑定本机端口，服务器必须 bind；客户端可以不 bind，系统自动分配随机端口
• 比喻：给自己快递窗口挂上端口门牌号，别人才能发包裹过来

4. sendto UDP 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);

• 参数
  • sockfd：udp 套接字 fd
  • buf：要发送数据缓冲区
  • len：发送多少字节
  • flags：一般填 0
  • dest_addr：目标机器 IP + 端口结构体
  • addrlen：目标地址结构体大小
• 返回值：成功返回实际发送字节数；失败 -1
• 作用：向指定 IP 端口发送 UDP 数据包
• 注意点：UDP 无连接，每次发送都要带上对方地址；不需要 connect

5. recvfrom UDP 接收数据

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

• 参数
  • sockfd：udp 套接字 fd
  • buf：接收缓冲区
  • len：缓冲区最大字节
  • flags：0 阻塞等待数据
  • src_addr：输出参数，拿到发送方的 IP 端口
  • addrlen：传入地址结构体大小，输出真实得到的地址长度（指针！）
• 返回值：成功收到多少字节；失败 -1
• 作用：接收 UDP 数据包，同时拿到是谁发过来的
• 注意点：addrlen 必须传指针，不能传普通变量

UDP 编程流程总结

UDP 服务器

1. socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0) 创建 udp 套接字
2. 填充 struct sockaddr_in 本机 IP 端口
3. bind() 绑定端口
4. recvfrom() 等待接收客户端消息
5. sendto() 回复消息
6. close 关闭 fd

UDP 客户端

1. socket() 创建套接字
2. 填充目标服务器 sockaddr_in
3. sendto() 发送数据（客户端不用 bind，操作系统自动分配端口）
4. recvfrom() 接收服务器应答
5. close

UDP 没有 listen、accept、connect。