計算機網絡概述

1、數據交換

1.1、最早的廣域網（電路交換）

在通信雙方或多方之間，通過電路交換建立電路連接的網絡

電路交換網特點：
1、建立鏈接->使用鏈接->釋放鏈接
2、物理通路被通信雙方獨佔
計算機數據是突發式出現在數據鏈路上的,而電路交換網的建立鏈接、使用鏈接、釋放鏈接的三個過程使得傳
輸效率太低，故電路交換不適合傳輸計算機數據。

1.2、分組交換（又稱存儲轉發交換，報文交換）

每一小塊必須包含一個首部
首部：
1、該數據在原始數據中的位置（方便數據重組）
2、目的主機的地址信息（方便數據傳輸）

交換方式（存儲-轉發）

節點收到分組，先暫時存儲下來，再檢查其首部，按
照首部中的目的地址，找到合適的節點轉發出去

特點：
1、以分組作爲傳輸單位
2、獨立的選擇轉發路由
3、逐段佔用，動態分配傳輸帶寬

2、網絡的分層結構

2.1、七層模型：OSI/RM開放互聯模型（理論上的標準）

應用層：應用層協議APP
表示層：將計算機能識別的二進制轉換成人能識別的數據
會話層：分析數據的通信狀態
傳輸層：進程和進程的通信（端口信息）
網絡層：主機與主機之間的通信（IP地址）
數據鏈路層：收發的完整幀數據（在網絡上獨立傳輸）mac地址（設備地址）
物理層：不是物理設備，而是物理設備上的接口類型、電流強弱

2.2、四層模型：TCP/IP協議

TCP/IP協議在一定程度上參考了OSI的體系結構。OSI模型共有七層，從下到上分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層和應用層。但是這顯然是有些複雜的，所以在TCP/IP協議中，它們被簡化爲了四個層次。
（1）應用層、表示層、會話層三個層次提供的服務相差不是很大，所以在TCP/IP協議中，它們被合併爲應用層一個層次。
（2）由於運輸層和網絡層在網絡協議中的地位十分重要，所以在TCP/IP協議中它們被作爲獨立的兩個層次。
（3）因爲數據鏈路層和物理層的內容相差不多，所以在TCP/IP協議中它們被歸併在網絡接口層一個層次裏。只有四層體系結構的TCP/IP協議，與有七層體系結構的OSI相比要簡單了不少，也正是這樣，TCP/IP協議在實際的應用中效率更高，成本更低。

應用層：應用層的協議有FTP、Telnet、HTTP
傳輸層：進程和進程間的通信（端口信息）TCP、UDP
網絡層：主機與主機之間的通信（TP地址）IP、ICMP
鏈路層：收發完整的數據幀（在網絡上獨立傳輸）mac地址（設備地址）ARP（地址解析協議）RARP（將MAC物理地址轉換成IP地址）

3、協議的說明

3.1、IP協議網際協議（網絡層）

在一個相互連接的網絡系統上從源地址到目的地傳輸數據包（互聯網數據包）所提供必要功能的協議
儘量將數據從源地址發送目的地
特點：
不可靠：它不能保證IP數據包能成功地到達它的目的地，僅提供盡力而爲的傳輸服務
無連接：IP並不維護任何關於後續數據包的狀態信息。每個數據包的處理是相互獨立的。IP數據包可以不按發送順序接收
IP數據包中含有發送它主機的IP地址（源地址）和接收它主機的IP地址（目的地址）

3.2、TCP協議傳輸控制協議（傳輸層）

TCP是一種面向連接的,可靠的傳輸層通信協議
功能：
提供不同主機上的進程間通信
特點：
1、建立鏈接->使用鏈接->釋放鏈接（虛電路）
2、TCP數據包中包含序號和確認序號
3、對包進行排序並檢錯，而損壞的包可以被重傳
服務對象：
需要高度可靠性且面向連接的服務
如HTTP、FTP、SMTP等
總結：TCP 面向鏈接可靠排序檢錯失敗重傳不支持廣播

3.3、UDP協議用戶數據報協議（傳輸層）

UDP是一種面向無連接的傳輸層通信協議
功能：
提供不同主機上的進程間通信
特點：
1、發送數據之前不需要建立鏈接
2、不對數據包的順序進行檢查
3、沒有錯誤檢測和重傳機制
服務對象
主要用於“查詢—應答”的服務
如：NFS、NTP、DNS等
總結：UDP 無連接不排序不檢錯不重傳快支持廣播

4、地址介紹

4.1、mac地址（鏈路層）設備和設備的通信（48位6個字節，12個16進制數）

MAC地址,用於標識網絡設備（網絡接口卡NIC(網卡)）,類似於身份證號，且理論上全球唯一。
組成：以太網內的MAC地址是一個48bit的值

4.2、IP地址IPv4 （網絡層）主機和主機（32位）

ip地址組成:使用32bit,由{網絡ID，主機ID}兩部分組成
子網ID:IP地址中由子網掩碼中1覆蓋的連續位
主機ID:IP地址中由子網掩碼中0覆蓋的連續位

IP和子網掩碼一起使用：

案例：192.168.0.111/255.255.255.0 子網ID192.168.0 主機ID 111
案例：192.168.0.111/255.255.0.0 子網ID 192.168 主機ID0.111
案例：192.168.0.111/255.0.0.0 子網ID 192 主機ID168.0.111
子網ID：標記網絡網段 192.168.0.111/255.255.255.0 192.168.0.112/255.255.255.0
主機ID：標記同一網段下的主機號
總結：子網ID標記的是屬於哪個網段，主機ID標識的是網段下具體的主機號
192.168.0.111/255.255.255.0 == 192.168.0.111/24
192.168.0.111/255.255.0.0 == 192.168.0.111/16
192.168.0.111/255.0.0.0 == 192.168.0.111/8
案例：192.168.0.111/24 子網ID192.168.0 主機ID 111
案例：192.168.0.111/16 子網ID 192.168 主機ID0.111
案例：192.168.0.111/8 子網ID 192 主機ID168.0.111

ip地址特點:不同網段不能直接通信
子網ID不同的網絡不能直接通信，如果要通信則需要路由器轉發
主機ID全爲0的IP地址表示網段地址。
主機ID全爲1的IP地址表示該網段的廣播地址。

案例：192.168.0.111/255.255.255.0 問當前IP所處網段地址__192.168.0.0__ 以及廣播地址___192.168.0.255__

注意：任何一個網段中的網段地址和廣播地址都不能分配主機

192.168.0.1~192.168.0.254 == 可用的IP數量只有254個

案例：192.168.0.111/255.255.0.0 問當前IP所處網段地址_192.168.0.0_ 以及廣播地址_192.168.255.255__可用的主機數1~65534 可用的IP數量有65534個

5、IP地址分類（更加合理的利用IP地址）

5.1、按網段分

A類地址：默認8bit子網ID,第一位爲0 廣域網（國家-國家，大城市-大城市）
0xxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx/255.0.0.0
B類地址：默認16bit子網ID,前兩位爲10 城域網（城市-城市）
10xx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx/255.255.0.0
C類地址：默認24bit子網ID,前三位爲110
110x xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx/255.255.255.0 局域網
D類地址：前四位爲1110,多播地址
E類地址: 前五位爲11110,保留爲今後使用
A,B,C三類地址是最常用的

5.2、是否可直接連接Internet

公有IP（可直接連接Internet）
經由InterNIC所統一規劃的IP
私有IP（不可直接連接Internet ）
主要用於局域網絡內的主機聯機規劃

6、迴環地址（主要是測試本機的網絡配置）

功能

主要是測試本機的網絡配置，能ping通127.0.0.1說
明本機的網卡和IP協議安裝都沒有問題

注意

127.0.0.1~127.255.255.254中的任何地址都將回環到本地主機中
不屬於任何一個有類別地址類,它代表設備的本地虛擬接口

設置Linux IP sudo ifconfig eth0 192.168.0.222 netmask 255.255.255.0

7、子網掩碼

子網掩碼（subnet mask）又叫網絡掩碼、地址掩碼是一個32bit由1和0組成的數值，並且1和0分別連續。

特點

必須結合IP地址一起使用，不能單獨存在
IP地址中由子網掩碼中1覆蓋的連續位爲子網ID,其餘爲主機ID

子網掩碼的表現形式
192.168.220.0/255.255.255.0 ==> 11111111.11111111.11111111.00000000
192.168.220.0/24

手動進行配置如下(linux)

sudo ifconfig et0 192.168.0.1 netmask 255.255.255.0

案例：一下合法的子網掩碼有哪些？ABD
A:255.255.0.0 B:255.0.0.0 C:255.0.255.0 D:255.255.255.128

D：255.255.255.0==>11111111 11111111 11111111 10000000

8、端口

TCP/IP協議採用端口標識通信的進程。
用於區分一個系統裏的多個進程
特點：

1、對於同一個端口，在不同系統中對應着不同的進程
2、對於同一個系統，一個端口只能被一個進程擁有
3、一個進程擁有一個端口後，傳輸層送到該端口的數據全部被該進程接收，
	同樣，進程送交傳輸層的數據也通過該端口被送出

8.1、端口號：

類似進程pid標識一個進程；在網絡程序中，用端口號（port）來標識一個運行的網絡程序

特點：

1、端口號是無符號短整型的類型
2、每個端口都擁有一個端口號
3、TCP、UDP維護各自獨立的端口號
4、網絡應用程序,至少要佔用一個端口號,也可以佔有多個端口號

8.2、端口的分類

知名端口（1~1023）

由互聯網數字分配機構(IANA)根據用戶需要進行統一分配
例如：FTP—21，HTTP—80等
服務器通常使用的範圍; 若強制使用,須加root特權

動態端口（1024~65535）

應用程序通常使用的範圍

注意

端口號類似於進程號，同一時刻只能標誌一個進程
可以重複使用

9、數據在各層的組包、解包

9.1、mac頭:

9.2、IP、TCP、UDP頭：

10、字節序的概念（重要）

字節序概念：
是指多字節數據的存儲順序（多個字節看成一個整體處理）

分類：
小端格式:將低位字節數據存儲在低地址
大端格式:將高位字節數據存儲在低地址

注意

LSB：低地址
MSB：高地址

注意：大小端是系統自動確定

問題：如何確定當前系統是大端存儲還是小端存儲？

#include <stdio.h>
typedef union
{
	//共用體 成員公用一個空間
	unsigned short data;
	unsigned char buf[2];
}DATA;
int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("%d\n",sizeof(DATA));
	DATA ob;
	ob.data = 0x0102;
	//如果buf[0]=0x01大  buf[0]=0x02 
	if(ob.buf[0]==0x01 && ob.buf[1]==0x02)
	{
		printf("大端格式\n");
	}
	else if(ob.buf[0]==0x02 && ob.buf[1]== 0x01)
	{
		printf("小端格式\n");
	}

	return 0;
}

運行結果：

11、開發流程

通信流程：決定了寫代碼的流程
通信原理：協議決定了每一步組啥樣的報文

TCP—面向連接：

電話系統服務模式的抽象
每一次完整的數據傳輸都要經過建立連接、使用連接、終止連接的過程
本質上,連接是一個管道,收發數據不但順序一致,而且內容相同
保證數據傳輸的可靠性

UDP—面向無連接：

郵件系統服務模式的抽象
每個分組都攜帶完整的目的地址
不能保證分組的先後順序
不進行分組出錯的恢復和重傳
不保證數據傳輸的可靠性

你瞭解網絡通信架構：C/S(客戶端/服務器) B/S（瀏覽器/服務器）

server工作過程

打開一通信通道並告知本地主機,它願意在一特定端口(如80)上接收客戶請求
等待客戶請求到達該端口
接收客戶請求，併發送應答信號,激活一新的線程處理這個客戶請求
服務完成後,關閉新線程與客戶的通信鏈路

client工作過程

打開一通信通道並連接到服務器特定端口
向服務器發出服務請求,等待並接收應答
根據需要繼續提出請求
請求結束後關閉通信通道並終止

網絡編程（理論知識）