网络编程（基础）

一、OSI体系结构

        ISO（国际标准化组织）制定了一个国际标准OSI（开放式通讯系统互联参考模型），对通讯系统进行了标准化。

定义了7层模型：

 

二、TCP/IP协议介绍

OSI模型是一个理想化的模型已经很少使用，没有完整的实现，但是模型本身非常通用。

TCP/IP协议 是Internet事实上的工业标准

2.1网络接口与物理层（网络访问层）

功能：包括ip地址与物理地址的映射（MAC），以及将上一层的ip报文封装层帧，转换成二进制比特流传输

MAC：物理地址，48bit全球唯一，网卡编号，网络设备的身份标识（cmd ---> ipconfig/all），由厂商出厂后确定。

由电气电子工程协会IEEE定义的。

改变网络环境后，IP地址变，MAC地址不变

ARP/RARP 地址解析协议/逆向地址解析协议

ARP（Address Resolution Protocol）：通过ip地址获取其对应的mac地址。

RARP（Reverse Address Resolution Protocol）：通过mac地址获取其对应的ip地址。

PPP（Point to Point Protocol）协议：拨号协议（GPRS/3G/4G）

MTU：1500bytes

MSS：1460bytes

2.2网络层

负责在主机之间的通讯中选择数据包传输的路径，即选择路由。

i. IP协议（Internet Protocol）

ip协议根据数据包的目的ip地址来决定如何投递数据包。

如果数据包不能直接投递给目标主机，那么ip协议就为他寻找下一个合适的下一跳路由器。

ii. ICMP协议（Internet Control Management Protocol）

英特网控制管理协议，ping检测网络就是用这个协议

用于在IP主机、路由器之间传递控制消息

iii. IGMP协议（Internet Group Management Protocol）

英特网分组管理协议，组播，广播。

2.3传输层（重点！）

负责提供应用程序之间通讯服务，这种服务又称之为端到端。

传输层与网络层不同，传输层只关心通讯的 起始端 和 目的端，并不在乎数据包的传输中转过程。

TCP：（transmission control Protocol 传输控制协议）：提供面向连接的，一对一的可靠数据传输协议。

UDP：（user datagram Protocol 用户数据报协议）：提供无连接的，不可靠的尽力的传输协议，但是效率更高

TCP和UDP的异同点（重点！！！）

相同点：他们是同属于传输层的协议。

不同点：

TCP：1.TCP是提供面向连接的，可靠的数据传输协议。

           2.它能提供数据无误，数据无丢失，数据无失序，数据无重复到达的通信。

           3.传输效率低，耗费资源多。

           4.数据的收发是不同步，会存在粘包的情况。

适用场景：适用于对传输质量要求比较高，以及传输大量数据的通信。在需要可靠传输场景的时候，通常使用TCP;

例如：账户密码登录的时候，道具购买，网购的时候。

UDP：1.UDP提供无连接的，尽力的，不保证数据可靠的传输服务。

           2.数据有可能在传输过程中丢失，失序，重复。

           3.传输效率高

           4.限制每次传输的数据大小，超出部分直接删除。

           5.数据的收发是同步的，不存在粘包现象。

适用场景：适用于发送小尺寸的，不需要可靠传输的场景。在接收到数据后，给出应答比较困难的网络中使用。

例如： 直播，通信软件的语音视频。

2.4应用层

负责处理应用程序的逻辑

i. HTTP/HTTPS

超文本传输协议，万维网数据通信的基础

http：明文发送， https加密传输

ii. 邮件协议

收：POP3（post office protocol）邮局协议第三个版本

从服务器接收右键，接收完后服务器就没有这个邮件了；

发：SMTP（简单邮件传输协议）

IMAP：交互式邮件存储协议，与POP3类似的邮件访问标准协议之一。

收取邮件后，服务器上邮件依然存在，如果删除、标记服务器也会做相应操作。

iii. FTP（FILE Transfer Protocol）

文件传输协议，是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用TCP传输

iv. TFTP

简单文件传输协议，适用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用UDP传输

v.DNS：域名解析

Telnet/ssh ：远程登录

2.5网络封包与拆包

MTU ：

Maximum Transmission Unit 最大传输单元

物理接口（数据链路层）提供给上层（网络层（IP层））最大一次传输数据的大小。

规定了数据链路层所能传送最大数据长度

以太网为例，缺省MTU=1500字节，这是以太网接口对IP层的约束

如果IP层>1500字节需要发送，需要分片才能发送（分片：帧）

MSS：

Maximum Segment Size 最大报文长度

TCP提交给IP层最大分段大小，指TCP报文所允许传送数据部分最大长度。

不包含TCP头，MSS式TCP来限制应用层最大发送字节数。

如果MTU=1500，则MSS = 1500-20(IP header)-20(TCP header) =1460字节

如果应用有2000字节要发，需要2 Segment

第一个TCP Segment = 1460 第二个TCP Segment = 540

三、IP地址：

IP地址是因特网中主机的标识，每个数据包都必须携带目的IP地址和源IP地址，路由器依靠此信息为数据包选择路由。

3.1IP地址的分类

IPv4：采用4个字节的无符号整数，共32bit来存储IP地址。2^32个 = 42.9亿多

局域网：让在同一个网络环境下的主机使用同一个广域网IP。任何一个IP地址都可以通过其他软件或者设备创建一个新的局域网。

WAN：wide area network 广域网

LAN：local area network 局域网

在同一个网络环境下，两台主机的局域网IP地址不能一致，若一致会导致数据包不知道该发给谁

在不同网络环境下，两台主机的局域网IP地址可以一致，因为他们的广域网IP不一致。

IPv6：采用16个字节的无符号整数，共128bit来存储IP地址。2^128。（IPv4和IPv6不兼容）

现在处于IPv4往IPv6过渡阶段。

3.2IP地址划分

由于IP地址基数比较大，所以为了提高寻径效率，则将IP地址划分成二级IP地址;

二级IP地址 = 网络号 + 主机号

网络号：确定计算机从属的物理网络地址（确定是哪个村子的）

主机号：确定网络号后，用主机号标识该网络号中的所有主机。（确定是哪个村子后，在村子中找到设备的编号）

注意：

         1.ABC类称之为基本类，只有ABC类的IP地址可以分配给主机使用

         2.D类不表示网络，用于特殊用途，组播

         3.E类不表示网络，保留或者实验室使用。

3.3点分十进制

为了方便记忆，使用点分十进制。

将32位IP地址的二进制数，以8bit为一组，用十进制表示，利用点分割。

特殊的IP地址：不能分配给主机使

网络地址：代表该网络--->有效网络号+全是0的主机号

广播地址：向该IP地址发送数据，代表向当前局域网内的所有主机发送数据。--->有效网络号+全是1的主机号

3.4子网掩码（重点！）

二级IP地址划分后，主机的基数还是比较大，所以引入了另外一个概念：子网掩码。利用子网掩码可以将主机号进行再次划分：

IP = 网络号 + 子网号 + 主机号

三级划分比较灵活，可以选择划分，也可以选择不划分，可以选择划分出2部分，4部分，8部分...2^n（n=0,1,2......）

3.5子网掩码的概念

子网掩码：用于将一个大的IP网络中的主机号划分为若干小的子网络（常用）。

                  或者将若干个小网络组合成一个大的局域网（称之为超网技术）

1.指明一个IP地址的哪些位表示的是主机所在的子网

2.指明哪些位表示的是主机的位掩码。

3.子网掩码不能单独使用，必须结合IP地址一起使用

子网掩码的格式：子网掩码的长度是与IP地址长度一样长的32位无符号整数。是由一串连续的1后面跟着一串连续的0组成。

1.默认情况下，1的个数与IP地址中网络号的个数一致。

2.默认情况下，0的个数与IP地址中主机号的个数一致。

IP地址 & 子网掩码 ==> 子网网段

特殊的IP地址：

1.每个子网网段中，都有自己的子网网段地址。有效网络号+有效子网号+全是0的主机号 。 掐头

2.每个子网网段中，都有自己的子网广播地址。 去尾

总结：每个子网网段都需要掐头去尾

3.5网关

网关是一个网络通向其他网络的IP地址

目前家用路由器一般使用192.168.1.1和192.168.0.1作为LAN接口的地址，这个两个也是最常用的网关地址。

3.6域名系统

由于使用IP地址来指定计算机不方便人们记忆，且输入时候容易出错，用字符标识网络种计算机名称方法。这种命名方法就像每个人的名字，这就是域名（Domian Name）

域名服务器（Domain Name server）：用来处理IP地址和域名之间的转换。

域名系统（Domain Name System，DNS）：域名翻译成IP地址的软件

一个域名，可以绑定多个ip

域名结构

例如域名 www.baidu.com.cn 从右向左看

cn为高级域名，也叫一级域名，它通常分配给主干节点，取值为国家名，cn代表中国

com为网络名，属于二级域名，它通常表示组织或部门

中国互联网二级域名共40个，edu表示教育部门，com表示商业部门，gov表示政府，军队mil等等

baidu为机构名，在此为三级域名，表示百度

www：万维网world wide web，也叫环球信息网，是一种特殊的信息结构框架。

3.7端口号

为了区分一台主机收到的数据包交给哪个进程处理，使用端口号来区分。程序启动后将端口号和进程绑定在一起。

网络里面的通讯是由 IP地址+端口号 来决定

端口号存储在 2个字节 无符号整数中 （unsigned short int）。[1, 65535]

众所周知的端口号：

1~1023 端口我们编程时候不要使用，是那些”VIP“应用程序占了

TCP 21端口：FTP文件传输服务

TCP 23端口：TELNET终端仿真服务

TCP 25端口：SMTP简单邮件传输服务

TCP 110端口：POP3邮局协议版本3

TCP 80端口：HTTP超文本传输服务

TCP 443端口：HTTPS加密超文本传输服务

UDP 53端口：DNS域名解析服务

UDP 69端口：TFTP文件传输服务

TCP和UDP的端口号是相互独立的

可以使用的：1024~49151，就是我们平时编写服务器使用的端口号

临时端口号：49152~65535，这部分是客户端运行时候动态选择的