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本书共计14章，介绍Linux网络编程的各个方面。第1～2章介绍网络编程相关的基础知识，包括计算机网络基础、内核收发数据原理、套接字的概念等。第3章介绍套接字编程基础知识，包括字节序、套接字地址、IP地址转换、套接字核心函数等。第4～9章为网络编程实战，包括TCP套接字编程、UDP套接字编程、服务器模型、I/O模型、I/O多路复用、套接字选项。第10～14章为高级网络编程，包括原始套接字、域套接字、组播和广播、零拷贝技术和百万并发。

第1章　计算机网络基础	1
1.1　OSI参考模型	1
1.1.1　OSI参考模型介绍	2
1.1.2　OSI参考模型的特点	3
1.1.3　OSI与TCP/IP模型	3
1.1.4　封装和解封	4
1.2　TCP/IP	6
1.2.1　物理层	6
1.2.2　数据链路层	6
1.2.3　网络层	14
1.2.4　传输层	27
1.2.5　应用层	29
1.3　两台主机直连	29
1.3.1　通信过程	29
1.3.2　ARP和ARP表	30
1.4　局域网通信	33
1.4.1　通信过程	33
1.4.2　交换机工作原理	34
1.5　跨网段通信	35
1.5.1　通信过程	35
1.5.2　访问公网服务端	37
第2章　认识套接字	39
2.1　从不同角度看套接字	39
2.1.1　数据加工厂	41
2.1.2　不同设备进程间通信	41
2.1.3　本机进程间通信	42
2.2　从内核看Linux接收数据	43
2.2.1　硬中断处理	44
2.2.2　软中断处理	44
2.3　从内核看Linux发送数据	46
2.3.1　传输层处理	47
2.3.2　网络层处理	47
2.3.3　邻居子系统处理	48
2.3.4　网络设备子系统处理	48
2.3.5　网卡驱动处理	48
2.4　常见套接字介绍	48
2.4.1　IPv4套接字	49
2.4.2　数据链路层原始套接字	51
2.4.3　域套接字	52
第3章　套接字编程基础	54
3.1　字节序	54
3.1.1　字节序的概念	54
3.1.2　字节序对通信的影响	55
3.1.3　字节序转换函数	56
3.1.4　主机字节序判断	58
3.2　套接字地址	59
3.2.1　通用套接字地址	60
3.2.2　新的通用套接字地址	61
3.2.3　IPv4套接字地址	62
3.3　IP地址转换	63
3.3.1　字符串IP地址转二进制
IP地址	63
3.3.2　二进制IP地址转字符串
IP地址	66
3.3.3　二进制IP地址和网络ID、
主机ID的转换	68
3.4　域名与IP地址的转换	71
3.4.1　域名系统	71
3.4.2　域名和IP地址转换	74
3.4.3　获取系统服务	77
3.5　套接字核心函数	84
3.5.1　socket函数	84
3.5.2　bind函数	86
3.5.3　listen函数	87
3.5.4　connect函数	89
3.5.5　accept函数	90
3.6　套接字发送函数	91
3.6.1　send函数	91
3.6.2　sendto函数	93
3.6.3　sendmsg函数	93
3.6.4　writev函数	95
3.7　套接字接收函数	95
3.7.1　recv函数	96
3.7.2　recvfrom函数	96
3.7.3　recvmsg函数	97
3.7.4　readv函数	98
第4章　TCP套接字编程	99
4.1　TCP编程基础	99
4.1.1　TCP简介	99
4.1.2　TCP状态机	102
4.1.3　TCP调试工具	104
4.2　TCP套接字编程基础	108
4.2.1　TCP编程流程	108
4.2.2　正确设置recv函数的
flags标志	113
4.2.3　getsockname和
getpeername函数	114
4.3　优雅关闭套接字	115
4.3.1　close函数关闭套接字	116
4.3.2　shutdown函数优雅关闭
套接字	117
4.4　TCP连接快速打开	121
4.4.1　TFO的工作流程	121
4.4.2　TFO编程实战	123
4.4.3　验证TFO功能	124
4.5　SYN Flood攻击	126
4.5.1　什么是SYN Flood攻击	126
4.5.2　TCP SYN Cookies简介	126
4.5.3　TCP SYN Cookies实战	128
第5章　UDP套接字编程	130
5.1　UDP编程基础	130
5.2　UDP套接字编程基础	131
5.2.1　UDP编程流程	131
5.2.2　CS网络模型和P2P网络
模型	134
5.2.3　深入理解UDP connect
函数	135
5.2.4　正确发送和接收数据	140
5.3　UDP可靠性编程	143
5.3.1　UDP丢包	143
5.3.2　UDP乱序	145
5.3.3　可靠性编程	146
第6章　服务器模型	150
6.1　循环服务器	150
6.1.1　UDP循环服务器	150
6.1.2　TCP循环服务器	151
6.2　并发服务器	153
6.2.1　多进程并发服务器	153
6.2.2　多线程并发服务器	159
6.3　I/O多路复用服务器	165
6.4　本章小结	166
第7章　I/O模型	168
7.1　同步I/O和异步I/O的区别	168
7.2　阻塞I/O	169
7.3　非阻塞I/O	170
7.4　I/O多路复用	172
7.5　信号驱动I/O	173
7.5.1　工作原理	173
7.5.2　信号驱动I/O编程	174
7.6　异步I/O	177
7.6.1　工作原理	177
7.6.2　io_uring编程	180
第8章　I/O多路复用	185
8.1　从内核看select	185
8.2　select编程实战	187
8.2.1　位图	188
8.2.2　select编程流程	191
8.3　select小结	200
8.4　从内核看poll	201
8.5　poll编程实战	203
8.6　poll小结	209
8.7　从内核看epoll	210
8.8　epoll编程实战	211
8.8.1　编程接口	211
8.8.2　epoll的编程流程	214
8.9　epoll小结	219
第9章　套接字选项	221
9.1　套接字选项简介	221
9.2　setsockopt和getsockopt函数	224
9.2.1　函数原型	224
9.2.2　实现原理	224
9.3　sysctl相关知识	225
9.3.1　/proc/sys虚拟文件系统	225
9.3.2　sysctl命令	225
9.4　常用的套接字选项	227
9.4.1　SO_SNDBUF和
SO_RCVBUF	227
9.4.2　SO_REUSEADDR和
SO_REUSEPORT	230
9.4.3　SO_LINGER	237
9.4.4　TCP保活机制	238
9.4.5　TCP_NODELAY和
TCP_CORK	242
第10章　原始套接字	247
10.1　从内核看原始套接字	247
10.1.1　原始套接字如何发送
数据	248
10.1.2　原始套接字如何接收
 数据	249
10.2　网络层原始套接字	251
10.2.1　编程流程	251
10.2.2　常见的网络层原始套接字
 编程问题	254
10.3　链路层原始套接字	256
10.3.1　套接字地址	256
10.3.2　编程流程	257
10.3.3　混杂模式	259
10.3.4　常见的链路层原始套接字编程
 问题	260
10.4　用户层TCP/IP编程	262
10.4.1　累加校验和的原理	262
10.4.2　以太网帧头	264
10.4.3　IP头	267
10.4.4　ARP	269
10.4.5　ICMP	272
10.4.6　UDP	274
第11章　域套接字	278
11.1　域套接字基础	278
11.1.1　域套接字地址	279
11.1.2　域套接字的工作原理	279
11.2　SOCK_STREAM域套接字	280
11.2.1　服务端程序	280
11.2.2　客户端程序	286
11.2.3　查看域套接字的状态	288
11.3　SOCK_DGRAM域套接字	288
11.3.1　服务端程序	289
11.3.2　客户端程序	291
11.4　socketpair域套接字	292
11.4.1　socketpair函数	292
11.4.2　发送和接收数据	293
11.4.3　socketpair函数和pipe函数的
 对比	294
11.5　传递文件描述符	296
11.5.1　实现原理	297
11.5.2　编程实战	298
第12章　组播和广播	301
12.1　组播	301
12.1.1　组播系统	302
12.1.2　组播路由	304
12.1.3　组播地址	307
 
12.1.4　IGMP	309
12.2　组播编程	313
12.2.1　编程流程	313
12.2.2　组播调试	320
12.3　广播	323
12.3.1　广播类型	324
12.3.2　广播的工作原理	324
12.4　广播编程	325
第13章　零拷贝	329
13.1　传统文件传输	329
13.2　零拷贝技术	330
13.2.1　mmap内存映射	331
13.2.2　pipe	334
13.2.3　DMA	336
13.3　零拷贝网络编程	337
13.3.1　mmap+write	337
13.3.2　sendfile	339
13.3.3　splice	342
第14章　百万并发	347
14.1　打开百万个套接字文件	347
14.1.1　默认情况	347
14.1.2　限制条件	348
14.1.3　解除限制	350
14.2　建立上百万个网络连接	359
14.2.1　分析方法	359
14.2.2　单机百万网络连接	360
14.3　百万并发常见问题	365
14.4　Reactor模型	366
14.4.1　单Reactor单线程模型	367
14.4.2　单Reactor多线程模型	368
14.4.3　主从Reactor多线程模型	369
14.4.4　Reactor实战	370

网络编程的应用领域非常广泛，几乎涵盖所有与计算机和互联网相关的行业，是每位开发者必备的技能。如果你对网络编程还不了解，那么本书一定能帮你打开网络编程世界的大门。
写作背景
网络编程技术是一项偏应用的技术。偏应用的技术有一个特点，就是需要学习的知识点特别多。然而，笔者认为，之所以要学习这么多知识点，是因为开发人员对技术的理解浮于表面，不懂得技术实现的底层原理。例如，当我们学习Linux系统中的管道（用于进程间通信）和sendfile（零拷贝技术，用于提高网络传输效率）两个知识点时，需要花费一定的时间。如果你对底层技术很了解（内核源码），就会发现它们都是基于管道（环形缓冲区）实现的，这两个看似毫无关系的知识点，底层实现原理居然是一样的。理解了底层实现原理，再去学习这两个知识点，就可以大大地提高学习效率。
对于Linux开发人员来说，最有价值的内容藏在Linux的内核源码中。我们碰到的绝大部分Linux技术问题能从Linux内核源码中找到本质原因。然而，实际情况是，大部分Linux开发人员看不懂Linux内核源码，并且认为学习Linux内核源码的难度非常高。于是，笔者萌生了一个想法：结合Linux内核源码分析，把技术知识的本质讲解清楚。目前，市面上的大多数教材偏向于教你如何用，如函数接口如何使用、针对客户端和服务端如何编程等。如果只停留在使用层面，那么当遇到问题或者需要对软件架构进行优化时，往往无能为力。
我们再来聊聊为什么选网络编程这个主题？主要有以下几个原因：网络编程这项技术很重要，每位开发者都需要掌握；很多开发者的网络编程基础比较薄弱，只会照搬别人的代码；笔者一直从事Linux网络开发工作，对网络编程和Linux内核网络协议栈的工作原理非常了解。
 
图书定位
开始写这本书之前，我对这本书就有了明确的定位。
首先，这本书必须具有稀缺性。市面上已经有了很多关于网络编程的书，为什么还要写一本呢？因为市面上还没有一本“有趣”的网络编程书。这种趣味性主要体现在图文并茂的表达方式，本书共有200多张配图，尽量做到每个重要的知识点都配一张图。底层的技术往往是枯燥并且难以理解的，通过图文方式讲解可以降低大家的学习门槛，让大家在轻松愉悦的氛围中学会技术知识。另外，读者的技术水平是参差不齐的，有些问题对于一些读者很简单，但是对于另一些读者来说很难，以图文方式讲解能够最大程度顾及所有的读者。
其次，这本书的内容要过硬。没有硬核的内容，再漂亮的图文也只是花瓶。我希望读者学完本书后，能够真正理解网络编程，所以在图书内容的选择上一直要求很高。这种高要求体现在以下两个方面。
?	内容全面：本书共14章，覆盖网络编程各个方面的知识点，内容由浅入深，层层递进。全面的内容能够帮助读者建立完整的知识体系并加强系统性思维。相反，碎片化的知识并不会给读者带来多大的提升。
?	内容有深度：这种深度体现在把知识点讲解透彻，把问题的本质呈现出来。如果笔者的信息来源和读者一样，都是网络上的各种帖子、文章，或者是AI给出的答案，那么笔者输出的内容只能是大众化的，价值一定非常有限。笔者的信息主要来自Linux内核源码，这样能够最大程度保证信息的准确性。同时，直接阅读内核源码，能够屏蔽垃圾信息的干扰，直接揭露问题的本质。
本书能够解决实际问题，每个知识点都配备示例（如示例代码、配置命令、完整解决方案等），这些示例都是完整的，可以直接拿来使用，以便于读者进行调试，通过实践加深对理论知识的理解。
最后，我希望本书能够成为读者的朋友，希望读者能够把这本书摆在书桌上最显眼的位置，当碰到问题或者有空闲时，随手拿起来翻一翻。
这本书能给你带来什么
学完这本书，读者的网络编程水平一定会有很大程度的提升。这不仅能够帮你解决实际问题，也会影响你的职业生涯。对于技术人员来说，技术水平不仅直接决定了薪资待遇，还是职位晋升的重要条件，学好网络编程会增加你求职成功的概率。
除了上述实际价值，这本书也会改变你对技术的看法。通过本书，你会发现，技术知识不是一堆难以理解的“八股文”，而是一个个鲜活的生命。学习技术知识就像学习艺术一样，能够让我们的精神愉悦。
最后，我想对读者说，从现在开始，一定要学会做内容输出。我们可以尝试输出一些笔记、文章、视频等，输出的过程其实也是学习的过程，这个过程会让你看到自己的不足，倒逼自己进步。另外，持续输出内容，也会让你慢慢积累自己的影响力，让你变得越来越有价值。

袁菘华，具有十余年Linux研发经验，曾就职于世界500强企业和国内某通讯公司。擅长以图文的形式写作技术文章，将复杂的技术知识讲得通俗易懂。个人微信公众号“物联网心球”深受广大读者的喜欢。

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