网络编程——网络基础知识

一、网络历史两个重要名词

1.1 阿帕网

阿帕网是什么→阿帕网
阿帕网的特点：

• 没有纠错功能
• 不能互联不同类型的计算机和不同类型的操作系统。

1.2 TCP/IP协议

什么是TCP/IP协议→TCP/IP协议

• 用来检测网络传输中差错的传输控制协议TCP
• 专门负责对不同网络进行互联的互联网协议IP（网际协议）

二、局域网和广域网

局域网（LAN）：本地的网络，只能实现小范围短距离的网络通信
广域网（Wan）：外网，长距离的传输

三、IP地址

3.1 基本概念

• IP地址是Internet中主机的标识
• Internet中的主机要与别的机器通信必须具有一个IP地址
• IP地址为32位（IPv4）或者128位（IPv6）
• 表示形式：常用点分形式，如202.38.64.10，最后都会转换为一个32位的无符号整数。

3.2 划分(IPV4)

二级划分（ip=网络号+主机号）

• 网络号：表示是否在一个网段内（局域网）
• 主机号：标识在本网段内的ID，同一局域网不能重复

由这种划分方式可以将ip分成ABCDE五类，分类依据就是网络号的大小以及网络号的前几位：

3.3 特殊IP地址

• 0.0.0.0
  自动获取IP，指的是本机上的所有的IP地址
• 127.0.0.1
  回环地址/环路地址，所有发往该类地址的数据包都应该被loop back
• 网络地址&广播地址
  • 网络地址：每一个网段主机号全为 0 的地址是网络地址
  • 广播地址：每一网段主机号全为1是广播地址
• 主机号为1 的地址是默认网关（如192.168.1.1）
• 255.255.255.255
  全网广播地址

3.4 子网掩码

• 子网掩码：是一个32位的整数，作用是将某一个IP划分成网络地址和主机地址；
• 子网掩码长度是和IP地址长度完全一样；
• 网络号全为1，主机号全为0；

ABC类IP的子网掩码：

 A  255.0.0.0
 B  255.255.0.0
 C  255.255.255.0

子网掩码的作用：计算网段和主机ID

• ip & 子网掩码 = 网络号
• ip &(~子网掩码) = 主机ID

3.5 重新组网

原因：例如想要1000台计算机接入同一局域网，且不能浪费IP。C类ip同一网段的主机号只有256-2=254个可以用，不够，而B类IP的主机号有65536-2=65534个可以分配，又太多。这时需要拿出B类IP的部分主机号作为子网号，只留后面的10位作为主机号。

三级地址组成：ip=网络号+子网号+主机号
网络号+子网号 → 网段(网络地址)

四、网络模型

4.1 网络的体系结构：

• 网络采用分而治之的方法设计，将网络的功能划分为不同的模块，以分层的形式有机组合在一起。
• 每层实现不同的功能，其内部实现方法对外部其他层次来说是透明的。每层向上层提供服务，同时使用下层提供的服务
• 网络体系结构即指网络的层次结构和每层所使用协议的集合
• 两类非常重要的体系结构：OSI与TCP/IP

4.2 OSI与TCP/IP模型

4.2.1 OSI模型

• OSI模型是一个理想化的模型，尚有未完整的实现
• OSI模型共有七层
• OSI现阶段只用作教学和理论研究

划分

1. 物理层：传输的是bit流(0与1一样的数据)，物理信号，没有格式
2. 链路层：格式变为帧（把数据分成包，一帧一帧的数据进行发送）
3. 网络层：路由器中是有算法的，ip，（主机到主机）（路由的转发）
4. 传输层：端口号，数据传输到具体那个进程程序（端到端）
5. 会话层：通信管理，负责建立或者断开通信连接
6. 表示层：确保一个系统应用层发送的消息可以被另一个系统的应用层读取，编码转换，数据解析，管理数据加密，解密；
7. 应用层：指定特定应用的协议，文件传输，文件管理，电子邮件等。
   

4.2.2 TCP/IP模型

1. 网络接口和物理层：屏蔽硬件差异（驱动），向上层提供统一的操作接口。
2. 网络层：提供端对端的传输，可以理解为通过IP寻址机器。
3. 传输层：决定数据交给机器的哪个任务（进程）去处理，通过端口寻址
4. 应用层：应用协议和应用程序的集合
   

4.2.3 OSI和TCP/IP模型对应关系

4.2.3 常见网络协议

层次	协议
网络接口和物理层:	ppp：拨号协议（老式电话线上网方式）；ARP：地址解析协议 IP–>MAC；RARP:反向地址转换协议 MAC–>IP
网络层	IP(IPV4/IPV6):网间互连的协议；ICMP：网络控制管理协议，ping命令使用；IGMP：网络分组管理协议，广播和组播使用
传输层	TCP：传输控制协议；UDP：用户数据报协议
应用层	SSH:加密协议；telnet：远程登录协议；FTP：文件传输协议；HTTP：超文本传输协议；DNS：地址解析协议；SMTP/POP3：邮件传输协议

4.3 UDP和TCP

UDP TCP 协议相同点：都存在于传输层

4.3.1 TCP（即传输控制协议）

是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)
适用情况：
1、适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。
2、在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议
3、MSN/QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关的功能通常采用TCP协议

4.3.2 UDP（用户数据报协议 ）

UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输
适用情况：
1、发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）
2、在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。
3、适合于广播/组播式通信中。
4、MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议
5、流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP方式进行实时数据传输

五、端口号

5.1 概念

• 为了区分一台主机接收到的数据包应该转交给哪个进程来进行处理，使用端口号来区分
• TCP端口号与UDP端口号独立
• 端口号一般由IANA (Internet Assigned Numbers Authority) 管理
• 端口用两个字节来表示（2Byte）

5.1 端口号的划分

• 众所周知的端口：1~1023（1~255之间为众所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系统占用）
• 已经登记端的口：1024~49151（程序员开发用的）
• 动态或私有端口：49152~65535