嵌入式第四十篇——网络编程

一、网络分层模型

OSI七层模型（理论参考模型）

• 应用层：直接面向用户应用，提供网络服务如邮件、文件传输、网页访问。
• 表示层：处理数据格式转换、加密/解密，解决不同主机间的数据兼容问题。
• 会话层：管理进程间会话的建立、维护和终止，协调通信时序。
• 传输层：实现端到端可靠/不可靠传输（如TCP/UDP），负责流量控制和差错恢复。
• 网络层：通过IP地址寻址和路由选择实现跨网络通信（如IP协议）。
• 数据链路层：管理相邻节点的帧传输（MAC寻址、差错控制），分为LLC和MAC子层。
• 物理层：定义电/光信号传输的机械和电气特性（如双绞线、光纤）。

TCP/IP四层模型（实际应用）

• 应用层：合并OSI的应用层、表示层、会话层，协议包括HTTP、DNS、FTP。
• 传输层：对应OSI传输层，核心协议为TCP（可靠）和UDP（高效）。
• 网络层：对应OSI网络层，协议包括IP、ICMP、RIP/OSPF（路由协议）。
• 接口层：合并OSI数据链路层和物理层，协议如ARP（IP转MAC）、RARP。

二、核心协议功能

应用层协议

• HTTP：网页数据传输。
• DNS：域名解析为IP地址。
• FTP/TFTP：文件传输（FTP支持认证，TFTP轻量无认证）。

传输层协议

• TCP：面向连接，保证数据可靠传输（三次握手、流量控制）。
• UDP：无连接，低延迟，适用于实时应用（如视频流）。

网络层协议

• IP：基于逻辑地址的路由选择和数据包转发。
• ICMP：网络诊断工具（如ping、traceroute）。
• RIP/OSPF：动态路由协议，自动更新路由表。

接口层协议

• ARP：解析局域网内IP对应的MAC地址。
• RARP：反向解析（现已被DHCP替代）。

三、IP地址与配置

IP地址结构

• IPv4：32位地址，分网络位和主机位（如192.168.1.0/24）。
• IPv6：128位地址，解决IPv4耗尽问题（如2001:0db8::1）。

Linux网络配置

• 永久配置：修改/etc/network/interfaces，设置静态IP、子网掩码、网关后重启服务。
• 临时配置：使用ifconfig ens33 192.168.0.13/24 up立即生效，重启后失效。

常用命令

• ifconfig：查看或配置网卡信息。
• ping：测试网络连通性（基于ICMP）。
• netstat -anp：监控网络连接和端口状态。

四、关键网络概念

Socket与端口

• Socket是IP地址和端口号的组合，唯一标识通信端点。
• 端口范围：1-1023（系统预留），1024-65535（用户应用）。

字节序

• 网络字节序为大端（高位在前），主机字节序通常为小端（x86/ARM架构）。

DHCP

• 自动分配IP、子网掩码、网关等参数，减少手动配置成本。