《信息安全与设计》第十三章学习笔记

TCP/IP和网络编程

知识点归纳

TCP/IP协议
1.从字面意义上讲，有人可能会认为 TCP/IP 是指 TCP 和 IP 两种协议。实际生活当中有时也确实就是指这两种协议。然而在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP 或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都属于 TCP/IP 协议。他们与 TCP 或 IP 的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称 TCP/IP 为网际协议群。
2.互联网进行通信时，需要相应的网络协议，TCP/IP 原本就是为使用互联网而开发制定的协议族。因此，互联网的协议就是 TCP/IP，TCP/IP 就是互联网的协议。

IP主机和IP地址
1.主机是支持TCP/IP协议的计算机或设备。每个主机由一个32位的IP地址来标识。为了方便起见32位的IP地址号通常用点记法表示，例如:134121641，其中各个字节用点号分开。
主机也可以用主机名来表示，如dnsleecwsuedu。实际上，应用程序通常使用主机名而不是IP地址。在这个意义上说，主机名就等同于IP地址，因为给定其中一个，我们可以通过DNS(域名系统)(RFC1341987RFC10351987)服务器找到另一个，它将IP地址转换为主机名，反之亦然。

2.IP地址分为两部分，即NetworkID字段和HostID字段。根据划分，IP地址分为A~F类。例如，一个B类IP地址被划分为一个16位NetworkID，其中前2位是10，然后是一个16位的HostID字段。发往IP地址的数据包首先被发送到具有相同networkID的路由器。路由器将通过HostID将数据包转发到网络中的特定主机。每个主机都有一个本地主机名 localhost默认IP地址为127001。
本地主机的链路层是一个回送虚拟设备，它将每个数据包路由回同一个localhost。这个特性可以让我们在同一台计算机上运行TCP/IP应用程序而不需要实际连接到互联网。

IP协议
1.IP(Internet Protocol)协议的英文名直译就是：因特网协议，简称为“网协”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。IP地址具有唯一性，根据用户性质的不同，可以分为5类。另外，IP还有进入防护，知识产权，指针寄存器等含义。
（1）IP就是一张身份证，存在于电脑、手机、监控摄像头、汽车等任何需要联网的设备上面；
（2）IP是可以被追踪到和定位的，无论是网上发帖造谣生事或通过黑客技术攻击别人，所做的事情都会基于IP和其他ID信息被服务器记录下来，然后"阿sir"就可以追踪并抓到你。

UDP/TCP
1.UDP（用户数据报协议）在IP上运行，用于发送/接收数据报。与IP类似，UDP不能保证可靠性，但是快速高效。ping是一个向目标主机发送带时间戳UDP包的应用程序。接收到一个pinging数据包后，目标主机将带有时间戳的UDP包回送给发送者，让发送者可以计算和显示往返时间。如果目标主机不存在或宕机，当TTL减小为0时，路由器将会丢弃pinging UDP数据包。在这种情况下，用户会发现目标主机没有任何响应。用户可以尝试再次ping，或者断定目标主机宕机。
2.TCP（传输控制协议）是一种面向连接的协议，用于发送/接收数据流。TCP也可在IP 上运行，但它保证了可靠的数据传输。通常，UDP类似于发送邮件的USPS，而TCP类似于电话连接。

套接字编程
1.套接字地址

struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // AF_INET for TCP/IP
// port number
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;// IP address );
// internet address struct in_addr {
// IP address in network byte order
s_addr;
uint32_t
)；

2.在套接字地址结构中，
（1）TCP/IP 网络的 sin_family 始终设置为 AF_INET。
（2）sin_port包含按网络字节顺序排列的端口号。
（3）sin addr是按网络字节顺序排列的主机IP地址

3.套接字API
服务器必须创建一个套接字，并将其与包含服务器IP 地址和端口号的套接字地址绑定。它可以使用一个固定端口号，或者让操作系统内核选择一个端口号（如果 sin port为0）。为了与服务器通信，客户机必须创建一个套接字。对于UPD套接字，可以将套接字绑定到服务器地址。如果套接字没有绑定到任何特定的服务器，那么它必须在后续的 sendto（）/recvfrom（）调用中提供一个包含服务器IP 和端口号的套接字地址。

4.TCP/UDP套接字
UDP 套接字使用 sendto（/recvfrom（来发送/接收数据报。

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

5.创建套接字并将其绑定到服务器地址之后，TCP服务器使用listen（）和 accept（）来接收来自客户机的连接
int listen(int sockfd, int backlog);
listen（）将 sockfd引用的套接字标记为将用于接收连人连接的套接字。backlog 参数定义了等待连接的最大队列长度。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen t *addrlen);

6.通用套接字地址结构
sockaddr

struct sockaddr
{
uint8_t           sa_len;
sa_family_t       sa_family;
char              sa_data[14];
};

7.IPv6套接字地址结构
IPv6套接字地址结构在<netinet/in.h>头文件中定义

struct in6_addr
{
unit8_t s6_add[16];
 
};
#define SIN6_LEN
struct sockaddr_in6
{ 
uint8_t           sin6_len;
sa_family_t       sin6_family;
in_port_t         sin6_port;
uint32_t          sin6_flowinfo;
struct in6_addr   sin6_addr;
uint32_t          sin6_scope_id;
};

6.新的struct sockaddr_storage足以容纳系统所支持的任何套接字地址结构。sockaddr_storage结构在<netinet/in.h>头文件中定义

struct sockaddr_storage
{
uint8_t       ss_len;
sa_family_t   ss_family;
};

实践

updclient.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUFLEN 256
#define SERVER_PORT 8888
#define SERVER_HOST "121.37.93.202"

char line[BUFLEN];
struct sockaddr_in server;
int sock, rlen, slen = sizeof(server);

int main()
{
    printf("creat a udp socket\n");
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

    printf("fill me with server address and port numbers\n");
    memset((char *)&server, 0, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    //inet_aton(SERVER_HOST, &server.sin_addr);
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_HOST);

   while(1)
   {
       printf("enter a line:");
       fgets(line, BUFLEN,stdin);
       line[strlen(line)-1] = 0;
       printf("send line to server\n");
       sendto(sock,line, strlen(line),0,(struct sockaddr *)&server,slen);
       memset(line, 0, BUFLEN);
       printf("try to receive\n");
       rlen = recvfrom(sock,line,BUFLEN,0,(struct sockaddr *)&server, &slen);
       printf("rlen=%d: line=%s\n",rlen,line);
   }
}

updserver.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUFLEN 256
#define PORT 8888

char line[BUFLEN];
struct sockaddr_in me, client;
int sock, rlen, clen = sizeof(client);

int main()
{
    printf("creat a udp socket\n");
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

    printf("fill me with server address and port numbers\n");
    memset((char *)&me, 0, sizeof(me));
    me.sin_family = AF_INET;
    me.sin_port = htons(PORT);

    //inet_aton("121.37.93.202", &me.sin_addr);
    me.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    printf("bind socket to server IP and port\n");
    bind(sock, (struct sockaddr*)&me, sizeof(me));

    printf("wait for data\n");
    while(1)
    {
        memset(line, 0, BUFLEN);
        printf("waiting for data\n");
        rlen = recvfrom(sock, line,BUFLEN,0,(struct sockaddr *)&client, &clen);
        printf("recive from [host:prot]= [%s:%d]\n",inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
        printf("rlen=%d: line=%s\n",rlen,line);
        printf("send reply\n");
        sendto(sock, line, rlen, 0, (struct sockaddr*)&client, clen);

    }
}