2023/8/25 -- 网络编程

作业：

1. 笔记中子网掩码的练习

2. 笔记中字节序的练习（上交）

#include 

typedef union{
	unsigned short int value;
	unsigned char bytes[2];
}Bytes;


int main(int argc, const char *argv[])
{
	unsigned short int val = 0x0201;
	Bytes b;
	b.value = val;
	if(b.bytes[0] == 0x01 && b.bytes[1] == 0x02){
		printf("小端字节序\n");
	}else if(b.bytes[0] == 0x02 && b.bytes[1] == 0x01){
		printf("大端字节序\n");
	}else{
        printf("未知字节序\n");
    }
	return 0;
}

3. 笔记中9个字节序转换函数

4. 整理思维导图（截图上交）

一、网络基础

【1】网络编程的概念

1. 网络编程就是进程间通信，只不过多个进程间不一定在同一台主机上。
2. 由于不在同一个主机上，不在同一个进程上就需要注意协议。

二、OSI体系结构

七层模型、五层模型、四层模型：

【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。

【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。

【3】传输层

        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

【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

三、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，只需要一个IP包就可以

        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

四、TCP和UDP协议的异同点

相同点：

        TCP和UDP协议都是传输层协议。

不同点：

        TCP：

                1、提供有连接的，可靠的传输协议。

                2、能够提供数据无误，数据无丢失，数据无失序，数据无重复到达的通信。

                        i) 每个数据包都会有一个编号（序列号），每一个数据包都需要一个应答包应答

                        ii) 应答包中会有应答号，告诉对方，下一次序列号应该从什么编号开始发送。

                3、传输效率低，耗费资源多。

                4、数据的收发不同步。（不存在数据边界。粘包：发送函数调用多次，接收函数调用一次就可以将所有数据接收）

                        i) 粘包：由于TCP效率比较低，为了提高效率，将多个足够小，且发送间隔很短的包合成一个包发送。

                        ii) 这个粘包算法成为：Nagle算法

适用场景：对传输质量要求比较高，以及传输大量数据的通信，在需要可靠通信的场景。

例如：网上支付，账户登录。

        UDP:

                1、提供无连接的，不可靠的，尽力的传输协议。

                2、提供的通信，可能会出现数据错误，数据丢失，数据失序，数据重复到达。

                3、传输效率高。

                4、数据的收发是同步的（存在数据边界）

                5、限制数据包的大小，超出部分直接删除。

适用场景：对传输质量要求比较低，以及传输小尺寸数据的通信，在给出应答比较困难的网络中使用。

例如：直播，语音视频电话，广播，组播

五、IP地址

1、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。

2、IP地址是路由器下发的。（自动，手动）

【1】IP地址的分类

1、IPv4：采用4个字节，32bit无符号整数存储IP地址。[0, 2^32-1] == 42.9亿多个

        局域网：让多个主机使用一个广域网IP。只要连在同一个路由器的下，则这些主机会使用同一个广域网IP

        广域网：与外界通信的网络。

2、IPv6：采用16个字节，128bit无符号整数存储IP地址。2^128-1个。 IPv4和IPv6不兼容。

【2】IP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

        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。

注意：

1. ABC类为基本类，可以分配给主机使用，且只有ABC类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，多播组
3. E类：保留，或者实验室使用。

【3】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。

	IP地址范围	网络号个数	主机号个数
A类地址	0.0.0.0~127.255.255.255	2^7（网络号）	2^24（主机号）	大型网络
B类地址	128.0.0.0~191.255.255.255	2^14	2^16	名地址网管中心
C类地址	192.0.0.0~223.255.255.255	2^21	2^8	校园网或企业网、家庭网
D类地址	224.0.0.0~239.255.255.255			组播地址
E类地址	240.0.0.0~255.255.255.255			保留

特殊的IP地址：无法分配给主机用。---->掐头去尾。

1. 网络地址：用于标识该网络 --->有效网络号+全是0的主机号
2. 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，用于广播--->有效网络号+全是1的主机号

六、子网掩码

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......）

【1】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：

        与IP地址一样长的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。

        默认子网掩码的格式：

                1的个数与IP地址中网络号的个数一致

                0的个数与IP地址中主机号的个数一致。

【2】默认子网掩码

A类IP地址默认子网掩码：  11111111 00000000 00000000 00000000  ===》255.0.0.0
B类IP地址默认子网掩码：  11111111 11111111 00000000 00000000  ===》255.255.0.0
C类IP地址默认子网掩码：  11111111 11111111 11111111 00000000  ===》255.255.255.0
DE类IP地址没有子网掩码。因为他们不用于标识主机（没有主机号）;

【3】子网掩码的使用

        格式： IP地址 & 子网掩码 = 子网网段。

        子网网段个数 = 2^（子网掩码中多加的1的个数）

        每个子网网段中主机号的个数 = 2^（剩余0的个数）        

七、跨主机传输

【1】字节序

1. 字节序的概念

        不同类型cpu主机，内存存储 多字节整数 序列的方式。

                char，字符串，float，double均没有字节序的说法

                short, int, long , long long 有字节序的说法。

        小端字节序：低序字节存储在低地址上，高序字节存储在高地址上。

        大端字节序：低序字节存储在高地址上，高序字节存储在低地址上。

2. 本地字节序与网络字节序

本地字节数：主机字节序（Host Byte Order） HBO

网络字节序（Network Byte Order） NBO，网络字节序规定使用大端字节序。

在跨主机传输过程中，需要使用统一的字节序，即网络字节序，避免兼容性问题。