【Linux】网络编程网络基础(C++)

目录

一、计算机网络背景

二、认识 "协议"

三、网络协议初识

【3.1】协议分层

【3.2】OSI七层模型

【3.3】TCP/IP五层(或四层)模型

四、网络传输基本流程

【4.1】网络传输流程图

【4.2】数据包封装和分用

五、网络中的地址管理

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一、计算机网络背景

【独立模式】计算机之间相互独立。

【网络互联】 多台计算机连接在一起, 完成数据共享。

【局域网LAN】 计算机数量更多了, 通过交换机和路由器连接在一起。

【广域网WAN】 将远隔千里的计算机都连在一起。

        所谓 "局域网" 和 "广域网" 只是一个相对的概念. 比如, 我们有 "天朝特色" 的广域网, 也可以看做一个比较大的局域网。

二、认识 "协议"

        "协议" 是一种 约定 。

        计算机之间的传输媒介是光信号和电信号. 通过 "频率" 和 "强弱" 来表示 0 和 1 这样的信息. 要想传递各种不同的信息, 就需要约定好双方的数据格式。

【思考】 只要通信的两台主机, 约定好协议就可以了么?

• 计算机生产厂商有很多。

• 计算机操作系统, 也有很多。

• 计算机网络硬件设备, 还是有很多。

• 如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有人站出来, 约定一个共同的标准,大家都来遵守, 这就是 网络协议。

三、网络协议初识

【3.1】协议分层

        我们的协议只有两层; 但是实际的网络通信会更加复杂, 需要分更多的层次分层最大的好处在于 "封装" . 面向对象例子。

【3.2】OSI七层模型

        OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义和规范。

        把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;

        OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输。

        它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整. 通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。

        但是, 它既复杂又不实用; 所以我们按照TCP/IP四层模型来讲解。

【3.3】TCP/IP五层(或四层)模型

        TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。

        TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

• 物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub)工作在物理层。

• 数据链路层: 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层。

• 网络层: 负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层。

• 传输层: 负责两台主机之间的数据传输. 如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机。

• 应用层: 负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 我们的网络编程主要就是针对应用层。

        物理层我们考虑的比较少. 因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。

一般而言:

• 对于一台主机, 它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容。

• 对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层。

• 对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层。

• 对于集线器, 它只实现了物理层。

四、网络传输基本流程

【4.1】网络传输流程图

同一个网段内的两台主机进行文件传输：

两台计算机通过TCP/IP协议通讯的示意图：

        跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器。

        协议报头：协议的每一层都有，里面每一个协议最终表现就是协议都要是有报头的，协议通常是通过报头进行表达的，每一份数据最终在被发送或者在不同的协议中，都要有自己的报头！

        局域网：两台局域网的主机能够直接通讯，每一台电脑都有自己的 名字，每一台主机都有自己的网卡每一张网卡都有自己的地址(MAC地址)。

        报文：报头 + 有效载荷。

        在网络协议中，我们可以认为同层协议在直接通讯，也可以理解成为向下交付，这是两种不同的认知。跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器。

【4.2】数据包封装和分用

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报(datagram),在链路层叫做帧(frame)。

• 应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装(Encapsulation)。

• 首部信息中包含了一些类似于首部有多长, 载荷(payload)有多长, 上层协议是什么等信息。

• 数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部, 根据首部中的 "上层协议字段" 将数据交给对应的上层协议处理。

五、网络中的地址管理