一，Unix/Linux系统，TCP/IP协议
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二，网络编程模型的基本概念
1，客户端-服务端的网络编程模型：三段论，客户端按照双方约定的格式，向服务端发送请求；服务端按约定的格式解释请求，并开始处理；服务端将处理结果按照同样的格式编码，并响应给客户端。无论是客户端还是服务端，它的运行单位都是进程，而不是机器，因此，对于一个终端，同一时刻可以建立多个不同的服务器连接。同一个服务器，也可以运行多个服务。
2，IP和端口：IP地址全网唯一，标识某一台机器，端口是一个16位的整数，最大为65535。服务端监听在一个众所周知的端口上，客户端端口是发起连接请求时，系统内核临时分配的。四元组唯一确定一个连接，也叫套接字对。（客户端IP:端口，服务端IP:端口）
3，保留网段：在IPV4的地址空间里，专门划出3个保留网段，仅仅作为机构内部使用。
4，子网掩码
1)，网络：一组IP中的共同部分。比如，192.168.1.1-192.168.1.255的区间里，192.168.1.0代表所在的网络。
2)，主机：一组IP中的不同部分，比如，上例中的1-255，表示在这个网络中，有255个可用的IP地址。
3)，子网掩码：决定一个IP所在子网的网络地址，它能用任意位数表示，每一位都是1。通过与网络掩码的“位与操作”，可以切出一个IP所在的子网，以及它对应的主机号。子网掩码有不同的表示方法。
5，全球域名系统（DNS）：记录并查找网站地址和其对应IP地址的映射关系。
6，字节流和数据报：TCP/UDP协议。
三，套接字和地址
1，服务端：首先初始化监听socket，将其绑定bind在一个众所周知的地址和端口上，接着开启监听listen，最后阻塞在accept上等待客户端连接请求到来。
2，客户端：首先初始化连接socket，接着向服务端的地址和端口发起连接connect请求，执行TCP三次握手。
3，数据传输：连接建立后，客户端向内核发起write的系统调用执行写操作，发送请求，数据从应有程序被拷贝到内核协议栈，协议栈将字节流通过网络设备传输到服务端的内核协议栈，服务端通过read系统调用，将协议栈中客户端传输的数据，拷贝到应用程序中，进行解析，并执行业务处理后，以同样的方式写给客户端进行响应。因此，一旦连接建立，数据传输是双向的，这点需要被牢记！
4，连接关闭：当客户端需要和服务端断开连接时，调用close函数。此时发生的操作是，系统内核向该连接链路上的服务端发送一个FIN包，服务端收到后执行被动关闭，此时，客户端在收到服务端反馈前，认为连接是正常的，此时整个链路处于半关闭的状态。当服务端执行被动关闭时，也会调用close函数，此时整个链路才进入全关闭状态，双方都会感知到连接已关闭。
5，套接字地址格式：通用地址结构（16字节），IPV4地址结构（16字节），IPV6地址结构（28字节），本地地址结构（最多110字节：本地文件无需端口，路径不同地址可变）。
使用通用地址结构，是对其他地址结构的抽象，有一个可以统一操作的地址结构就可以设计统一的网络编程接口。开发人员在具体实现中，再根据通用地址内的协议族，强制转换为指定的地址类型即可。
6，HTTP，WebSocket的区别和联系：HTTP是应用层协议，基于TCP Socket实现，通常是短连接，客户端只能不断轮询从服务端获得消息。WebSocket是对HTTP的增强，利用TCP双向特性，增强服务端到客户端的传输能力，服务端可以直接推送消息到客户端。
四，连接与收发
1，服务端监听过程：
1)，socket创建套接字：domain：协议类型（IPV4，IPV6，LOCAL）；type（字节流，数据报）
2)，bind绑定地址端口：fd：监听套接字；addr：服务端通用地址指针（前两个字节，判断协议类型）；len：addr的地址长度（处理可变长度）；
绑定时，地址和端口有多种处理方式：
如果绑定指定地址，则系统内核只会接收目标地址是该指定地址的IP包，供服务端处理。但如果一个服务器上有多个网卡，这个方式显然不合理，因为有多个地址都对应这台服务器，但服务端只接收一个地址上数据包。所以，可以考虑在服务端使用通配地址，即IPV4：INADDR_ANY；IPV6：IN6ADDR_ANY。
如果绑定端口0，则服务端会把端口选择交给系统内核，内核会根据算法选择特定端口，这显然也不合理。因为，服务端的端口通常需要绑定在众所周知的非保留端口上。
3)，listen开启监听：socketfd：监听套接字；backlog：未完成连接队列的大小，表示socketfd可读，可以accpet建立连接，但还没来得及accept的连接数。Linux不允许改变对该参数。
默认情况下，创建一个普通的socket，被认为是需要主动发起请求的客户端套接字。通过listen函数，可以将“主动”转换为“被动”，系统内核会做好被动接收请求的准备，初始化对应的数据结构，比如，完成连接队列。
4)，accept接收连接：listensockfd：监听套接字；cliaddr：客户端地址；addrlen：客户端地址长度。返回值：连接套接字，服务端可以通过该返回的套接字，与特定客户端通信。
2，客户端连接过程：
1)，socket创建套接字：同上
2)，connect发起连接：sockfd：连接套接字；servaddr：服务端地址；addrlen：地址长度。
3)，开始三次握手：成功或出错后，才返回。出错的情况：1）客户端SYN包无响应，客户端返回TIMEOUT超时错误，通常是服务端IP填错；2）客户端收到RST（复位）响应，客户端返回CONNECTION REFUSED错误，通常是端口写错，因为RST表示目的端口的SYN包到达，但该端口并未开启任何监听，TCP发现它接收到一个根本不存在的连接上的数据包，取消该连接；3）客户端SYN包目的地不可达，通常是服务端与客户端的路由不通。
3，客户端发送数据：
1)，常使用的函数：write，send和sendmsg，场景略有不同，都是以socketfd为目标写，但send和sendmsg分别还可用户发送带外紧急数据和多重缓冲区传输。和写普通文件不同的时，write在普通文件写中，真正写入的大小通常与传入的size相同，而对套接字而言，真正写入的大小有可能比传入的size小，原因和系统内核建立的发送缓冲区有关。
2)，发送缓冲区：SO_SNDBUF，write函数实际上是将数据从应用程序拷贝到系统内核的发送缓冲中，由内核决定何时发送。因此，对于阻塞套接字来说，如果剩余发送缓冲区够大，写入的数据量就是请求的数据量，相反，如果剩余发送缓冲区足够小，wirte会阻塞挂起，直到内核发送完数据，腾出足够的空间后，write写入全部数据后返回。而对非阻塞套接字，能发送多少就返回多少，返回值是写入发送缓冲区的长度。
3)，无限增大系统内核缓冲区，可以减少write和read系统调用，降低状态的切换次数，但对吞吐量意义不大，内核发送时，会受到IP包MTU的最大限制。
4，服务端接受数据：
1)，常使用的函数：read，以socketfd为目标读，要求最多读取的字节数，返回实际读取的字节数。阻塞套接字下的特殊返回值：返回0，表示对端发送close连接，接受到它发送的FIN包，已无数据可读，要处理断连的情况；返回-1，表示读取出错。对非阻塞套接字来说，返回-1时，还需要判断errno的值，后面细讲。
2)，接收缓冲区：同样，read是指程序将数据从系统内核拷贝至应用程序。阻塞套接字会挂起，直到有数据返回。而非阻塞套接字会直接返回。
五，别忘了UDP
1，最大区别：如果说TCP是日常普通打电话，面向连接，在IP报文的基础上，增加了重传，确认，有序和拥塞控制等能力，有一个确定的上下文；UDP就是邮筒投递明信片，不可靠通信，有效，有序，拥塞啥都没有。
2，使用场景：UDP比较简单，常见的DNS服务，SNMP服务，聊天室，游戏等都使用UDP，对丢包不敏感，丢一些不会影响实际体验。
3，UDP编程：通过recvfrom和sendto直接收发数据，若服务端不存在，客户端会阻塞在recvfrom，而不是报错返回，应用层需要增加超时处理。若服务端开启->关闭->开启，不影响收发数据的正常运行，无需重新建立连接，表示UDP无上下文。
4，最大报文长度：TCP包头中无“包长度字段”，完全依靠IP层MTU去处理分帧，协议本身也会进行拥塞控制和流量控制，所以它被称为“流协议”。UDP包头中的包长度占2个字节，最大发送65535字节的数据，扣除UDP头的8个字节和IP头的20个字节，UDP包最多发送65507字节的数据。IP包的最大长度受到数据链路层1500个字节（不含链路层包头）的限制，因此，对UDP包来说，它在IP层的MTU是1500-20(IP头)-8(UDP头)=1472字节；TCP的MTU是是1500-20(IP头)-20(TCP头)=1460字节。
六，还有本地套接字
本地套接字是IPC，是一种本地进程间的通信方式，除此之外，还有管道，共享内存，共享消息队列等。
1，最大区别：使用TCP/IP的127.0.0.1完成在一台机器上客户端和服务端的进程通信，也要通过网卡回环走网络协议栈，而本地套接字本身就是一种单主机跨进程的调用手段，不会通过网络，效率更高；因此，本地套接字地址只需要输入协议号AF_LOCAL和以绝对路径表示的socket文件名即可，与端口无关。
2，错误场景：当只启动客户端时，文件套接字上没有被监听，客户端直接报错，提示文件不存在。当服务端监听在没有权限的文件上，服务端直接报错，提示无权限监听。
3，使用方式：本地套接字和其他套接字的编程接口相同，同时支持数据流和数据报2种协议；因为不走网络协议栈，因此效率上大大高于前两者，可以作为同一机器不同进程间的IPC通信工具使用。
七，学习网络编程的6大工具
1，ping，网络连通性测试，基于ICMP协议，是一种基于IP的控制协议，与TCP或UDP无关；源主机组装ICMP协议发送报文，IP报文通过ARP协议，源地址和目的地址都被翻译成MAC地址，经过数据链路层后发送出去，目的主机再以相同的方式应答。
2，tracerout，网络路由转发测试，也是基于ICMP协议，使用TTL计数的方式，检查报文从源地址到目标地址所经过的路由器。
3，ifconfig，显示当前系统的网卡列表。详细显示了网卡支持的协议，IP地址，MAC地址，广播地址，子网掩码，Metric等等信息。广播地址是子网中一个特殊的被保留的地址，向该地址发消息，子网络中的所有主机都能收到。通常是使用UDP实现的。当本机向目的地址发起连接时，数据可以从多个网卡发送出去，具体的网卡优先级选择由Metric来决定，数值越小，优先级越高。
4，netstat：帮助了解本机上所有的网络连接状态，并明晰连接详情。在本机端口不足时，用来检查无效的TIME_WAIT连接最有效。
5，lsof：帮助找出指定IP地址和端口上打开的套接字进程。在本机地址被占用时，排查正在使用该端口的进程最有用。
6，tcpdump：抓包。开启抓包时，tcpdump会自动创建一个AF_PACKET协议的网络套接口并向内核注册。当网卡接收到一个网络报文后，会遍历所有已注册的网络协议，并调用绑定在其上的回调函数，回调函数内可以自行处理，比如，完整复制一份报文等，再转交给tcpdump程序进行条件的选择和过滤。
八，问题：一段数据流从服务端进程至远端的客户端进程，数据包会经过几次拷贝？
