3.15.1 网络分层

• 网络应用程序使服务器和客户端能够通信。这些程序要么在远程主机上要么在本机上。
• 为了实现和硬件无关的网络应用程序，提出了分层这个概念，也提出了路由和具体协议。这不是一个通用的规则，因为，有时应用程序可能在底层工作或者需要某些技术。
• 这样，网络被视为一序列的堆叠层。这个堆叠可以按数字区分，但是一个有一个简要的描述：
• 应用层：比如ftp
• 传输层：数据封装，错误检查，协议，等等。著名的是TCP（传输控制协议）和UDP（用户报协议）
• 网络层：描述数据怎样在网络间传送，包含路由信息等等。最著名的是IPV4或IPV6。
• 数据链路层：硬件部分。设备类型（Ehternet,Token Ring等等）和实际的设备驱动。
• 注意这些层次间有可能结合，比如TCP/IP或者UDP/IP。
• 通过创建和连接socket，网络应用程序可以发送和接收信息，至于具体的物理位置不受限制。
• 这些程序从socket里发送数据，接收数据。然而，底层提供数据是按照桢的形式实现的，桢里有数据，也有头部和尾部，这些头部和尾部包含有控制信息。
• 当应用程序写数据到socket时，传输层创建一个桢，写入控制信息。接着，传输层把控制交给网络层，网络层添加更多的信息，决定要处理哪个桢；如果要发送某个桢，网络层把桢交给数据链路层和设备驱动。
• 当数据链路层接收到一桢后，它检查是不是发向某个计算机的，如果是，则处理，接着向上提交给网络层，网络层再提交给传输层，最终传输层去掉桢内多余的信息，把数据提交给应用程序。
• 在桢在网络层之间传递时，通过传递指向桢内封装数据缓冲或负荷的指针，核心避免了重复地拷贝，如果有必要，同时修改头部或尾部。

3.15.2 什么是套接字Socket？

• socket是为了进程间通信（IPC）服务的基本构造块（这里不讨论SystemV形式的IPC方法，比如信号，共享内存和消息队列）。
• 通信的进程可能是相关的（以父/子形式，同伴形式），或者是完全无关的。他们可能在同一个机器上，或者在局域网或互联网上的网络节点上。很多Unix功能（比如ftp,finger,telnet或lpr）使用了sockets。
• 通过socket进行通信通常是双向且能多路复用；也就是说，数据能追加到socket里，也能从socket里读出，且在2端里不止一个进程能够存取socket（至少原理上是这样）。
• 当一个socket创建时，它会关联上一个所谓的通信域，或者是协议簇。比如，Unix域socket，使用命名管道（fifo’s）且绑定到文件系统节点上。他们只用于在本机的通信。Internet的sockets是在IPV4或IPV6通信域上，没有关联的文件入口，且绑定（命名）到一个指定的互联网地址上（或地址系列）
• 每个通信域有它自己指定地址的方法，要么是本机文件系统节点，要么是网络地址。
• 通信的类型描述了数据应该怎样封装上且怎样从socket里发送的；它和协议簇无关，尽管某些域和类型的组合经常出现，且别的组合不可能出现。
• 2个基本的类型有流socket(用SOCK_STREAM指定)，数据报socket（用SOCK_DGRAM指定）。这2个也被理解为：连接和无连接。
• 最后，每类socket和一个协议关联。比如，IP域的socket常常使用传输控制（TCP）协议。TCP协议和IP协议在出处上是关联的。IP协议管理路由，TCP控制数据完整性。
• 通过man 7 socket和man 7 unix获取更多帮助。

3.15.3 流socket

• 流socket是面向连接的。2个socket在数据收发通信前要互相接通，连接必须建立。
• 流式套接字最常用的类型是SOCK_STREAM。
• 另外Linux支持类型SOCK_SEQPACKET，它和SOCK_STREAM类型，除了数据包在数据读取时是固定长度，只有请求的数据被返回出来，多余的丢弃。
• 流式套接字是可靠的：数据完整性被检查过，如果有异常则丢弃。没有成功发送或确认的包会重传直到成功接收。
• 通过流socket发送的数据是经过排序的；虽然包经常不同的时间到达对端，且到达时顺序不对，操作系统内核也会基于到达情况重新排序。
• 通信是全双工的。两端都可以自由地发送和接收，只要权限许可。
• 面向连接的socket可能在同一机器上，也有可能在不同机器上。这会修改通信域，但是不修改类型。

3.15.4数据报socket

• 数据报socket是无连接的。在数据传输前，2端不需要连接上。
• 最常用的数据报socket是SOCK_DGRAM。
• 另外Linux支持SOCK_RDM（可靠发送消息），这和数据报socket类似，只是保证了数据包的到达。
• 数据报socket是不可靠的：数据完整性不检查，如果因为网络阻塞或中断导致丢包，也不会重传。这需要接收的应用程序来维护它自己的流控制。
• 通过数据报socket发送的数据是不排序的；如果数据包用不同的时间到达目的且乱序接收，操作系统内核不会基于到达情况重新排序。需要应用程序来排序。
• 通信是全双工的。两端都可以自由地发送和接收，只要权限许可。
• 无连接的socket可能在同一机器上，也有可能在不同机器上。这会修改通信域，但是不修改类型。

3.15.5 Raw socket

• Raw socket允许用户定制实现IPV4协议。TCP/IP协议栈被忽略，socket发送和接收原始的数据报（除了链接层的数据报头，这个是为了Ethernet服务的）
• 只有超级用户才能访问raw socket。
• 虽然很多类unix操作系统用raw socket的实现，缺乏标准化很难移植。
• raw socket用于网络工具，比如traceroute和ping，互联网安全和过滤工具。在开发新的协议时也有用。

3.15.6 字节顺序

• 当多字节值通过网络传输时，所有的通信节点必须遵守协定，让各个字节（在网络世界里常称作多字节(octets)）按协定来排列。
• 网络顺序里，大值字节在开始地址处。这也叫做Big-endian，在很多架构系统里自然会使用上，比如Sun平台。
• 在Little-endian顺序下，小值字节在开始地址处。x86平台使用这种情况。
• 示例，2个字节的整数700（0x02BC）。假定占用内存地址为1000-1001，对比如下：

• 字节顺序错误经常会发生，要关注。
• 当在本地地址结构体存储多字节值时，也要做字节顺序转换；虽然它应该让它对应用程序在使用内核网络层时透明化，但是实际不是如此，在Posix标准里，有几个成员要以网络顺序来维护。
• 下面的函数实现了字节顺序转换

#include <netinet/in.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
unit32_t ntohl(uint32_t netlong);
unit16_t ntohs(unit16_t netshort);
注意：类型决定了位长度。在Linux下，这些长度处理以快速嵌入汇编指令完成。

• 在Big-endian架构机器下，这些操作没有实际效果。