Linux下的报文传输之路-猿码集

Linux下的报文传输之路

在Linux操作系统下，报文传输是网络通信中非常重要的一环。无论是在互联网上的数据交换，还是在本地网络中的通信，都是通过报文来实现的。本文将介绍Linux下的报文传输过程以及相关的技术，旨在帮助读者更好地理解和应用报文传输。

1. 套接字（Socket）

套接字是Linux中实现网络通信的基础。它是一种抽象的接口，可以用来进行网络通信。套接字使用IP地址和端口号来标识网络中的应用程序，以便实现数据的传输和接收。在套接字中，使用了不同的协议来处理不同的网络数据。

1.1 TCP协议

TCP（传输控制协议）是一种可靠的面向连接的协议。它通过三次握手建立连接，在连接建立后，通过可靠的数据传输保证数据的完整性和有序性。TCP报文是面向字节流的，可以保证数据的可靠传输。下面是一个TCP客户端的示例代码：


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#define PORT 8080
int main(){
    int sockfd;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};
    char *message = "Hello from client";
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0){
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0){
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }
    send(sockfd , message , strlen(message) , 0 );
    printf("Hello message sent\n");
    read( sockfd , buffer, 1024);
    printf("%s\n",buffer );
    return 0;
}

在这段代码中，首先创建了一个套接字，并指定了服务器的地址和端口号。然后，通过connect函数与服务器建立连接，之后使用send函数向服务器发送消息，并通过read函数接收服务器的回复。

1.2 UDP协议

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的协议，它不保证数据的可靠性和有序性，但是传输效率较高。UDP报文是以数据包的形式进行传输的，每个数据包都是独立的，没有先后关系。下面是一个UDP客户端的示例代码：


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#define PORT 8080
int main(){
    int sockfd;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};
    char *message = "Hello from client";
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0){
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0){
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }
    sendto(sockfd, (const char *)message, strlen(message),
        0, (const struct sockaddr *)&serv_addr,
        sizeof(serv_addr));
    printf("Hello message sent\n");
    int len, n;
    n = recvfrom(sockfd, (char *)buffer, 1024,
        MSG_WAITALL, (struct sockaddr *)&serv_addr,
        &len);
    buffer[n] = '\0';
    printf("Server : %s\n", buffer);
    return 0;
}

在这段代码中，与TCP相比，UDP的主要区别在于使用了SOCK_DGRAM标志创建套接字，并使用sendto和recvfrom函数进行数据的发送和接收。这种无连接的传输方式使得UDP适用于实时性要求较高的应用，如实时音视频传输。

2. 数据的封装和拆封

在数据传输过程中，数据会被封装为不同的报文格式。在TCP协议中，数据会被封装为TCP报文段，在UDP协议中，数据会被封装为UDP数据报。封装的过程包括添加报文头部和尾部，以及对数据进行分片（如果数据过大）。以下是TCP报文段的格式：

在数据接收端，需要对接收到的数据进行拆封，将报文头部和尾部的信息提取出来，并根据这些信息进行相应的处理。拆封的过程可以通过socket接口中的recv函数来实现。

3. 数据传输的可靠性

在网络传输中，由于网络条件的不稳定性，可能会导致数据的丢失、错误和重复传输。为了保证数据的可靠传输，TCP协议引入了一系列的机制，如序号、确认应答、重传等。

3.1 序号和确认应答

TCP协议中，每个数据段都有一个唯一的序号和确认应答号。发送方将发送的数据按序号编号，并等待接收方的确认应答，以确定数据已经被接收。接收方在接收到数据后，向发送方发送确认应答，确认自己已经成功接收到数据。如果发送方在一定时间内没有收到确认应答，就会进行重传。

3.2 重传

在TCP协议中，如果发送方没有收到接收方的确认应答或者收到了丢失的数据包，就会进行重传。重传可以是单个数据包的重传，也可以是多个数据包的重传。通过使用超时计时器和序号，TCP协议可以保证数据的可靠传输。

总结

本文介绍了Linux下的报文传输过程及相关技术。我们了解了套接字的概念和使用方法，并通过示例代码展示了TCP和UDP协议的客户端实现。我们还讨论了数据的封装和拆封过程，以及TCP协议中保证数据可靠传输的机制。

通过对Linux下的报文传输的深入了解，我们可以更好地理解和应用报文传输技术，提高网络通信的效率和可靠性。

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