嵌入式学习笔记-linux应用编程和网络编程-3.8 网络基础

一、再论进程

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、网络通信概述

• 硬件部分：网卡
• 操作系统底层：网卡驱动
• 操作系统API：socket接口
• 应用层：低级（直接基于socket接口编程）
• 应用层：高级（基于网络通信应用框架库）
• 应用层：更高级（http、网络控件等）

3、网络通信概述

• 重点1：掌握网络通信的架构层次和基本原理
• 重点2：掌握socket及其相关函数的使用
• 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、网络通信的发展历程

• 单机阶段
• 局域网阶段（有限台）
• 广域网internet阶段（多个局域网，主要是有线的）
• 移动互联网阶段（无线，手机）
• 物联网阶段

2、三大网络

• 电信网、电视网络、互联网

3、网络通信的传输媒介

• 无线传输：WIFI、蓝牙（近距离）、zigbee、4G/5G/GPRS等
• 有线通信：双绞线（网线）、同轴电缆、光纤（通信快，上下行一样）等

三、网络通信基础知识2

1、OSI 7层网络模型（详见百度介绍）

• 7层名字和顺序要记住，有时候笔试题目经常遇到。
• 网络搜索资料，自己看自学，逐步去理解。
  

2、网卡

• 计算机上网必备硬件设备，CPU靠网卡来连接外部网络
• 串（串行、全双工、差分）转并设备
• 数据帧封包和拆包（网卡之间才有的，驱动拿到的是有效数据了）
• 会封装包头包尾用于标识是谁发的、要发给谁、信息是否完整、等信息（为了保证信息的传输安装，就像快递包装一样）
• 网络数据缓存和速率适配

3、集线器（HUB）

• 信号中继放大，相当于中继器
• 组成局域网络，用广播方式工作。
• 注意集线器是不能用来连接外网的

4、交换机

• 包含集线器功能，但更高级
• 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
• 找不到目的口时广播并学习

四、网络通信基础知识3

1、路由器

• 路由器是局域网和外部网络通信的出入口
• 路由器将整个internet划分成一个个的局域网，却又互相联通。
• 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。
• 路由器对外实现联网，联网方式取决于外部网络（如ADSL拨号上网、宽带帐号、局域网等）。这时候路由器又相当于是更高层级网络的其中一个节点而已。
• 所以路由器相当于有2个网卡，一个对内做网关、一个对外做节点。
• 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。
• 路由器技术是网络中最重要技术，决定了网络的稳定性和速度。

2、DNS（Domain Name Service 域名服务）

• 网络世界的门牌号：IP地址
• IP地址的缺点：难记、不直观
• IP地址的替代品：域名，譬如www.zhulaoshi.org
• DNS服务器就是专门提供域名和IP地址之间的转换的服务的，因此域名要购买的
• 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。
• 浏览器需要DNS服务，而QQ这样的客户端却不需要（因为QQ软件编程时已经知道了腾讯的服务器的IP地址，因此可以直接IP方式访问服务器）

五、网络通信基础知识4

1、DHCP（dynamic host configuration protocl，动态主机配置协议）

• 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。
• 计算机的IP地址可以静态设定，也可以动态分配
• 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。
• 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

2、NAT（network address translation，网络地址转换协议）

• 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）
• 网络通信的数据包中包含有目的地址的IP地址（也含有自己的IP地址，就像快递中的发件人和收件人，在回复时，收件人和发件人颠倒）
• 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。
• 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。
• NAT穿透简介（P2P下载，服务器做中介）

六、网络通信基础知识5

1、IP地址分类（IPv4）

• IP地址实际是一个32位二进制构成，在网络通信数据包中就是32位二进制（0xffffffff），而在人机交互中使用点分十进制方式显示（255.255.255.255）。
• 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。子网掩码，用来说明网络地址和主机地址各自占多少位。（子网掩码为255.255.255.0时表示前24位为网络地址，后8位为主机地址；子网掩码为255.255.0.0时表示前16位为网络地址，后16位为主机地址）
• 网络地址决定了这种网络中一定可以有多少个网络，譬如子网掩码为255.255.255.0时表示我们这一种网络一共最多可以有2^ 24 个，每个这种网络中可以有2^8个主机。
• 如果子网掩码为255.255.0.0时，表示我们这种网络可以有2^ 16个网络，每个这种网络中最多可以有2^16个主机。
• 由网络地址和主机地址分别占多少位的不同，将IP地址分为5类，最常用的有3类

2、三类IP地址

• A类。
• B类
• C类
• 127.0.0.0用来做回环测试loopback

3、如何判断2个IP地址是否在同一子网内

• 网络标识 = IP地址 & 子网掩码
• 192.168.1.0 = 192.168.1.102 & 255.255.255.0
• 192.168.1.0 = 192.168.1.253 & 255.255.255.0
• 2个IP地址的网络标识一样，那么就处于同一网络
• 192.168.1.4和192.168.12.5，如果子网掩码是255.255.255.0那么不在同一网段，如果子网掩码是255.255.0.0那么就在同一个网段

——资料来源于朱老师物联网大讲堂