深入浅出：linux网络代码分析探究 (linux网络代码分析)
深入浅出：Linux 网络代码分析探究
Linux 操作系统最为人所知的优势之一就是其卓越的网络性能。这得益于 Linux 内核中优秀的网络子系统，它们包含了各种协议栈、网络驱动程序、套接字接口等，并提供了一系列适用于网络编程的 API，这些 API 可以方便地用于创建网络应用程序。对于大多数 Linux 开发者，了解这些 API 和内核网络子系统的基本知识是必要的。在这篇文章中，我们将介绍 Linux 网络编程的一些基础知识，其中重点讲解包括套接字接口、网络协议栈和驱动程序。
1. 套接字接口
套接字是网络编程的基础，它提供了一种通用接口，可以用来连接不同网络和主机上的进程。在 Linux 中，套接字是通过 socket() 系统调用来创建的，其语法如下：
“`c
#include
#include
int socket(int domn, int type, int protocol);
“`
– domn：协议族，通常设置为 AF_INET（IPv4） 或 AF_INET6（IPv6）。
– type：套接字类型，常用的有 SOCK_STREAM（流式套接字）和 SOCK_DGRAM（数据报套接字）。
– protocol：协议类型，常用值为0，此时系统会自动根据 domn 和 type 去选择合适的协议（如 TCP 或 UDP）。
创建好套接字后，就可以使用 connect()、bind()、listen() 和 accept() 等系统调用来建立连接、绑定地址和端口、监听端口和接受连接等操作。在 Linux 中，socket API 还提供了一些其他的选项，如设置和获取套接字选项、指定数据发送和接收等等。
2. 网络协议栈
网络协议栈是由多个网络协议层组成的，其中每一层都有自己的任务和功能之分。在 Linux 中，网络协议栈主要由四个层级构成，分别是应用层、传输层、网络层和数据链路层。
在这些层级中，更高层是应用层，它包括了各种网络应用协议，如 HTTP、FTP、TP、POP3 等。应用层生成的数据交给传输层，传输层负责将数据进行分组并添加头信息，然后将数据包发送到网络层，由网络层将数据包传送到目标地址。在网络层，网络协议会对数据包进行路由和寻址，最终将其传递给数据链路层，数据链路层处理从网络层下来的数据包，决定将其发送到哪个接口和如何发送。
下图显示了这些层级的基本结构：
3. 网络驱动程序
在 Linux 中，网络驱动程序有两种类型，一种是内核网络驱动程序，另一种是用户空间网络驱动程序。内核网络驱动程序直接运行在内核空间中，负责网络接口和硬件设备驱动等任务。用户空间网络驱动程序则运行在用户空间中，通过内核网络驱动和协议栈来访问和管理网络设备。
在 Linux 内核中，网络设备由驱动程序来管理，包括具有网络接口的设备，如网卡。驱动程序通过读取和写入 I/O 端口来与硬件设备通信，并可以使用 DMA 等机制来向网络设备发送数据。用户空间网络驱动程序通常使用套接字接口来访问和操作网络数据包，包括读取和解析接收到的数据包、构建和发送数据包等。
4. 案例：简单 TCP 客户端
下面是一个简单的 TCP 客户端程序代码，用来向指定的主机和端口发送消息：
“`c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#define SERVER_ADDRESS “127.0.0.1”
#define SERVER_PORT 8888
int mn(int argc, char **argv) {
int s, n;
char buf[1024];
struct sockaddr_in server_addr;
s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (s < 0) {
perror(“socket”);
return 1;
}
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
if (connect(s, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
perror(“connect”);
close(s);
return 1;
}
strcpy(buf, “Hello, server!”);
if (send(s, buf, strlen(buf), 0) < 0) {
perror(“send”);
close(s);
return 1;
}
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if (recv(s, buf, sizeof(buf), 0) < 0) {
perror(“recv”);
close(s);
return 1;
}
printf(“Received: %s\n”, buf);
close(s);
return 0;
}
“`
这个程序使用 socket() 创建一个 TCP 套接字，并使用 connect() 来连接到指定的服务器。之后，使用 send() 发送 Hello, server! 消息，并使用 recv() 接受服务器返回的消息。程序输出接收到的消息并关闭连接。
5.
