十二.linux网络编程之网络通信相关概述
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一.网络通信概述
1、从进程间通信说起：
网络域套接字socket，网络通信其实就是位于网络中不同主机上面的2个进程之间的通信。
2、网络通信的层次
(1)硬件部分：网卡
(2)操作系统底层：网卡驱动
(3)操作系统API：socket接口
(4)应用层：低级（直接基于socket接口编程）
(5)应用层：高级（基于网络通信应用框架库）
(6)应用层：更高级（http、网络控件等）
3、本部分学习方法
(1)重点1：掌握网络通信的架构层次和基本原理
(2)重点2：掌握socket及其相关函数的使用
(3)重点3：掌握服务器和客户端程序通信的方法
二.网络通信基础知识1
1、OSI 7层网络模型
(1)7层名字和顺序要记住，有时候笔试题目经常遇到。
| 层次 |
说明 |
功能/协议 |
| 应用层 |
应用程序及借口，类似于公司的老板 |
提供应用程序的借口FTP telnet http pop3等 |
| 表示层 |
对数据进行转换，加密和压缩 |
将上层的数据进行转换和编译压缩为标准的文件，如jpg，gif，ascii码等 |
| 会话层 |
建立，管理和终止会话 |
|
| 传输层 |
提供可靠的端到端的报文传输和差错控制，实质上就是负责建立连接的 |
TCP UDP 建立可靠和非可靠连接将上层的数据进行分段处理 |
| 网络层 |
将分组从源端传送到目的端，提供网络互联 |
实质上就是提供路由寻址（IP协议）将上层分段的数据进行打包 |
| 数据链路层 |
将分组数据封装成帧，提供节点到节点的传输 |
帧就是本地局域网中传输数据的一个单元，负责在局域网内部的点对点的寻址 |
| 物理层 |
在媒体上传输比特 |
就是底层的链路介质的规范 |
- 层与层之间相互独立又互相依靠
- 上层依赖于下层，下层为上层提供服务
2、网卡
(1)计算机上网必备硬件设备，CPU靠网卡来连接外部网络
(2)串转并设备（网卡接收数据实际是串行方式，但他的物理设备是采用并行方式）
(3)数据帧封包和拆包
(4)网络数据缓存和速率适配
3、集线器（HUB）
(1)信号中继放大，相当于中继器
(2)组成局域网络，用广播方式工作。
(3)注意集线器是不能用来连接外网的
4、交换机
(1)包含集线器功能，但更高级
(2)交换机中有地址表，数据包查表后直达目的通信口而不是广播
(3)找不到目的口时广播并学习
集线器与交换机的区别？？
1.从OSI体系结构来看，集线器属于OSI第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。也就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过虑短帧、碎片等。
2.从工作方式来看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候，其他所有端口都能够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大的影响。而交换机就能够避免这种现象，当交换机工作的事后，只有发出请求的端口和目的端口之间相互相应而不影响其它端口，因此交换机就能够隔离冲突与病有效的抑制广播风暴的产生。
5、路由器
(1)路由器相当于有2个网卡，一个对内做网关、一个对外做节点。
(2)路由器的主要功能是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳路径（路由）并转发出去。其实就是局域网内电脑要发到外网的数据包，和外网回复给局域网内电脑的数据包。
(3)路由器对内管理子网（局域网），可以在路由器中设置子网的网段，设置有线端口的IP地址，设置dhcp功能等，因此局域网的IP地址是路由器决定的。
三.网络通信基础知识2
1、DNS（Domain Name Service 域名服务）
(1)DNS是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，它用于TCP/IP网络。
它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。DNS就是这样的一位“翻译官”，它的基本工作原理可用下图来表示。
(2)我们访问一个网站的流程是：先使用IP地址（譬如谷歌的DNS服务器IP地址为8.8.8.8）访问DNS服务器（DNS服务器不能是域名，只能是直接的IP地址），查询我们要访问的域名的IP地址，然后再使用该IP地址访问我们真正要访问的网站。这个过程被浏览器封装屏蔽，其中使用的就是DNS协议。
2、DHCP（dynamic host configuration protocl，动态主机配置协议）
(1)每台计算机都需要一个IP地址，且局域网内各电脑IP地址不能重复，否则会地址冲突。
(2)计算机的IP地址可以静态设定，也可以动态分配
(3)动态分配是局域网内的DHCP服务器来协调的，很多设备都能提供DHCP功能，譬如路由器。
(4)动态分配的优势：方便接入和断开、有限的IP地址得到充分利用
3、NAT（network address translation，网络地址转换协议）
(1)IP地址分为公网IP（internet范围内唯一的IP地址）和私网IP（内网IP），局域网内的电脑使用的都是私网IP（常用的就是192.168.1.xx）
(2)网络通信的数据包中包含有目的地址的IP地址
(3)当局域网中的主机要发送数据包给外网时，路由器要负责将数据包头中的局域网主机的内网IP替换为当前局域网的对外外网IP。这个过程就叫NAT。
(4)NAT的作用是缓解IPv4的IP地址不够用问题，但只是类似于打补丁的形式，最终的解决方案还是要靠IPv6。
(5)NAT穿透简介
P2P下载：点对点下载（迅雷）
在NAT上打洞，借助服务器去连接两个局域网，令两台内网电脑相连的技术就是NAT技术
4.IP地址分类（IPv4）
- (1)现在的IP网络使用32位地址，以点分十进制表示，如172.16.0.0。地址格式为：IP地址=网络地址＋主机地址 或 IP地址=主机地址＋子网地址＋主机地址。
- (2)为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址中32位实际包含2部分，分别为：网络地址和主机地址
- (3)IP地址根据网络地址的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。
- A类IP地址
一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围从1.0.0.0 到126.0.0.0。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机。
- B类IP地址
一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机 。
- C类IP地址
一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。
- D类地址用于多点广播（Multicast）。
D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。
- E类IP地址
以“llll0”开始，为将来使用保留。