【网络编程】专题一：基础概念（一）

引言

        本系列文章旨在记录网络编程学习过程，包含基础知识的整理以及自己的一些学习心得，共勉。

一、概述

        网络编程是网络间通信的一种编程方式。最主要的工作就是在发送端把信息通过规定好的协议进行组装包，在接收端按照规定好的协议把包进行解析，从而提取出对应的信息，达到通信的目的。中间最主要的就是数据包的组装、过滤、捕获和分析。

        在学习一项新知识之前，个人习惯于用思维导图的方式来简单规划自己的学习路线（后期学习过程不断补充和修正），如下图所示：

二、通信协议和网络分层模型

1、通信协议

        计算机网络的核心内容就是网络协议，协议即规则、约定的集合。网络通信协议是计算机网络和分布系统中，互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。通过这些规则，网络上的节点才有了彼此通信的"共同语言"，但是不同计算机之间必须便用相同的规则才能进行通信。一个形象的比喻就是我们使用的语言，在国内我们都是用普通话，在国际上一般都使用Chinglish（手动滑稽）

2、网络分层

        两个系统中实体间通信是一个十分复杂的过程，为了减少协议设计过程的复杂性，多数网络的实现都按分层次的方式来组织。不同的网络标准，其分层的数量、层次的功能及内容都不尽相同。

 

图2-1 网络协议的层次结构

3、网络分层模型

        为了使不同网络体系结构的网络产品实现互联，国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）共同制定了开放系统互联参考模型（OSI），简称OSI参考模型。OSI参考模型共分7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。OSI是一个理想的网络通信模型，一般的网络系统只涉及其中的几层，在实际应用过程中逐渐被TCP/IP协议所取代。TCP/IP协议已成为事实上的网络通信标准。

 

图2-2 网络协议的层次模型

1）物理层

        一个传输数据的可靠的物理媒体

        重要设备：中继器和集线器。

2）数据链路层

        将数据组合成数据块，称为帧（数据+控制信息），基本传输数据单位

        遵循以太网协议

        重要设备：网桥和交换机

3）网络层

        实现数据透明传输，功能主要有寻址和路由选择

        核心协议：IP协议，无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制

        重要设备：路由器

4）传输层

        端对端的数据连接&传输

        重要设备：网关

5）会话层

        会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

6）表示层

        不同的pc机拥有不同的编码方式，需要在这里进行转换，转换成网络通信中采用的标准表现形式

7）应用层

        提供给操作系统或者应用程序，用来进行网络通信的标准接口

4、网络分层协议        

        不管是OSI模型还是TCP/IP模型，每一层都有自己专属协议，完成相应的工作并与上下层进行沟通。

        1）TCP：传输控制协议，TCP是一种面向连接的协议，它给用户进程提供可靠的双全工的字节流。

        2）UDP：用户数据报协议，UDP是一种无连接协议，不能保证任一数据都能到达目的地

        3）ICMP：网际控制消息协议，ICMP处理路由器和主机之间的错误和控制消息。这些消息一般由TCP/IP网络软件自身产生和处理

        4）ARP：地址解析协议，把IP地址映射到硬件地址（以太网地址）

        5）RARP：反向地址解析协议，把硬件地址映射到IP地址

        6）FTP、TELNET、HTTP：应用层协议，实现文本传输等功能

5、总结        

        编程的精髓在于编程思想，在解决网络通信问题中引入“分层”思想，把复杂问题分解为若干个容易处理的小问题，整个问题的复杂度就下降了。网络分层的优点：

        1）层与层之间相互独立，仅仅通过层之间的接口沟通。当任何一层发生变化时，只要保持接口关系不变，就不会对其它层造成影响，非常灵活。

        2）各层都可以采用合适的技术实现

        3）易于实现和维护

        4）能促进标准化工作