7.计算机网络

时间 2019-11-12

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一.计算机网络

1.什么是计算机网络：它是计算机技术和通讯技术相结合的产物。

2.计算机网络的功能：

a.数据通讯

b.资源共享

c.提升系统的可靠性

d.分布式网络处理和负载均衡

3.计算机网络的组成

1.通讯子网络：由网卡，线缆，集线器(存粹物理上的)，中继器，交换机()，路由器(网络之间的交流)

2.资源子网络：网络中的计算机，打印机等一些能够提供的设备

3.计算机网络软件

协议软件：它规定了计算机之间通讯的准则，最多见的协议TCP/IP协议簇

网络通讯软件：网络中实现计算机于设备之间通讯的软件

网络操做系统：能够提供网络服务的计算机操做系统，常见的网络操做系统，windows server2008(使用简单，有图形界面，鼠标操做，不太稳定) UNIX Linux

网络管理软件和网络应用软件：

管理：防火墙，SELinux

应用：浏览器，迅雷，ftp客户端

4.计算机网络的分类

1.网络的做用范围来分

局域网

城域网

广域网

2.按网络的传播技术来划分

广播式网络

点到点网络

3.传输介质划分

有线网，无线网，微波通讯，卫星通讯

5.计算机网络的拓扑结构

1.星型拓扑结构

2.树形拓扑结构

3.总线型拓扑结构

4.环形拓扑结构

5.网状型拓扑结构

6.计算机网络的发展过程

1.以计算机为中心的联机系统

2.分组交换网络的诞生

3.网络体系结构与协议标准化

20世纪八十年代，ISO组织提出 开放式系统互连参考模式(OSI),这个模型照顾到了各方的利益，因此太过庞大，所以至今没有推出成熟的产品， TCP/IP符合OSI标准的协议。

异构：操做系统(windows) ->socket->TCP/IP ->TCP/IP -> socket ->Linux

4.高速计算机网络

7. 网卡：网络接口卡或网络适配器，它负责讲数据发送到网络中去，也负责从网络中获取数据，每一张网卡上会有一个 独一无二MAC地址。

8.OSI/RM结构与TCP/IP模型

OSI/RM结构七层：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层

TCP/IP模型四层结构：物理层，网络层，传输层，应用层(间隔顺序表示二者相对应的部分)

物理层：负责通讯网络收发数据包

网络层：选择,流量控制，与网络拥塞问题，IP协议式该层的核心

传输层：机器之间创建端到端的链接(用于数据间的传输)，该层的核心协议TCP/UDP

应用层：主要为用户提供针对性的服务，该层表明性的协议有：HTTP(超文本传输),SMTP(邮件传输),FTP(文件传输)，TELNET(远程登录)

9.IPv4地址

在计算机网络中的每一台计算机都必须有一个惟一的标识符，它就是IP地址。目前由4个不超过255的整数组成，通常用点分十进制表示

ip地址的分类：

A类:

第一二进制位必须是0()

0.0.0.0

127.255.255.255

公网的地址

B类:前两位的二进制位必须是10

128.0.0.0.0

191.255.255.255

大型的，大企业中的网络

C类:前三位的二进制位必须是110

192.0.0.0

223.255.255.255

小公司的网络

D类:前四位的二进制必须是1110

224.0.0.0

239.255.255.255

家庭，小公司的

E类:前五位的二进制必须是1111

240.0.0.0

255.255.255.255

10.公有IP和私有IP

公有IP：在网络服务提供商登记过的IP地址叫公有IP

私有IP：由一些公司本身分配的，不能在网络上公开直接访问的IP地址

11.子网掩码：目前由4个不超过255的整数组成，通常用点分十进制表示(255.255.255.0)

子网掩码&ip地址 = 网络地址

若是两我的ip地址的网络地址相同，那么说明它们在同一个子网内，就能够直接通讯而不须要路由

12.网关地址：负责子网出口的计算机，通常由路由器担任(路由器就是一台具备路由功能的计算机)

13.端口号： 操做系统为须要通讯的进程分配一个独一无二的编号，端口号能够肯定与哪一个进程进行通讯

1-1024基本上已经被操做系统占用了，通常编程要使用1024以上的。

http:80

ftp:21

telnet:23

二.套接字(socket:插座)

是一种能够进行网络通讯的内核对象，它有一个惟一的标识符，通常称它为socket描述符，跟文件描述符相似，也能够用read/write/close操做

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

功能：建立socket对象

domain:通讯地址类型

AF_UNIX/AF_LOCAL：本地进程间通讯

AF_INET：使用ipv4地址通讯

AF_INET6：使用ipv6地址通讯

type:

SOCK_STREAM:数据流协议TCP,面向链接的通讯协议

优势：安全可靠，数据不丢失，可是速度慢

通常经常使用于安全性较高的领域，可是速度不要求的场景下

SOCK_DGRAM：数据报协议UDP，面向无链接的通讯协议

优势：速度快，数据可能丢失，安全性可靠性与TCP相比不高。

通常用于安全性要求不高，可是对速度有要求的场景

protocol:特殊协议通常不使用，通常写0就好

准备通讯地址

基本的通讯地址

struct sockaddr {

sa_family_t sa_family;

char sa_data[14];

}

本地通讯地址

struct sockaddr_un

{

//通讯地址类型

sa_family_t sun_family;

//socket文件路径

char sun_path[108];

}

网络通讯地址

struct sockaddr_in

{

//通讯地址类型

short int sin_family;

//端口号

in_port_t sin_port;

//ip地址

struct in_addr sin_addr;

}

三.本地socket进程间通讯

A(B的地址+消息内容) -> B

B(A的地址+消息内容) -> A

进程A：建立socket -> 准备地址 -> 绑定 -> 链接 -> 接收/发送 -> 关闭socket -> 删除socket文件

进程B：建立socket -> 准备地址 -> 链接 -> 绑定 -> 发送/接收 -> 关闭socket

进程B能够给进程A发送消息，进程B也能够给进程A发消息

一个socket文件只能绑定一个地址

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

socklen_t addrlen);

功能：把socket对象与通讯地址(本身)创建联系

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

socklen_t addrlen);

功能：与通讯目标链接(与目标主机的地址)

四.网络通讯(UDP)

点对点通讯(C to C)

网络通讯地址

struct sockaddr_un

{

//通讯地址类型

short int sin_family;

//端口号

in_port_t sin_port;

//ip地址

struct in_addr sin_addr;

}

生成端口号：我的计算机多是大端，也多是小端，网络通讯时，须要大端数据，必须把数据转换成大端

端口号就是一个16位的无符号整数

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

//功能：把32位主机字节序转换成32位网络字节序

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

//功能：把16位主机字节序转换成16位网络字节序

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

//功能：把32位网络字节序转换成32位主机字节序

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

//功能：把16位网络字节序转换成16位主机字节序

生成IP地址：

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

功能：把点分十进制的IP地址转换位32位无符号整数

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

功能：把32位的网络字节序的ip地址转换成点分十进制的字符串地址

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,

struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

功能：接收数据，并获取发送端的地址

ps:addrlen是参数不是返回值

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,

const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能：发送数据到指定的目标

进程A：建立socket对象 -> 准备地址 -> 绑定 -> 接收数据和来时的地址 -> 原路返回数据 ->关闭

进程B：建立socket对象 -> 准备地址 -> 向目标发送数据 -> 接收数据 ->关闭socket

当socket对象被所有关闭后会在内核中，停留一段时间(给一个从新链接的机会)，若是再使用一样的ip地址和端口号就会失败(延时关闭)

五.网络通讯(TCP)

一对多链接(c to s)

面向链接的网络通讯，在通讯过程当中时刻保持链接，这种通讯方式相似于 打电话，这种通讯方式能保证安全可靠数据不丢失，可是与udp相比，它的传输速度略低。

进程A ：建立socket —> 准备地址 —> 绑定 —> 监听(设置队列长度) —> 等待链接 —> 进行通讯 —> 关闭

进程B ：建立socket —> 准备地址 —> 链接 —> 通讯 —> 关闭

int listen(int sockfd, int backlog);

功能：设置最大的监听数量

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

功能：等待其余主机与当前socket创建链接关系

返回值：创建好的链接的描述符，此后通讯都用此描述符

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

功能：网络通讯专用的数据接收

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

功能：网络通讯专用的数据发送

当recv/send函数的返回值为-1时，链接断开，此时应该结束死循环

练习：开启一个服务端程序(建立socket，准备地址，绑定，等待链接，建立进程为链接服务器，主进程继续等待链接)

客户端程序(建立socket,准备地址，链接，与服务端通讯)

为何是三次握手：

什么是安全的链接(A要知道：A->B，&& B->A,B要知道：A->B, && B->A)

而这样的三次链接就保证了A和B都知道了上述信息

三次握手：

四次挥手：

1．为何创建链接协议是三次握手，而关闭链接倒是四次握手呢？

这是由于服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它能够把ACK和SYN（ACK起应答做用，而SYN起同步做用）放在一个报文里来发送。但关闭链接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你全部的数据都所有发送给对方了，因此你不能够立刻关闭SOCKET,也即你可能还须要发送一些数据给对方以后，再发送FIN报文给对方来表示你赞成如今能够关闭链接了，因此它这里的ACK报文和FIN报文多数状况下都是分开发送的。

2．为何TIME_WAIT状态还须要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是由于虽然双方都赞成关闭链接了，并且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理能够直接回到CLOSED状态（就比如从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；可是由于咱们必需要假想网络是不可靠的，你没法保证你最后发送的ACK报文会必定被对方收到，所以对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会由于超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，因此这个TIME_WAIT状态的做用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

TCP三次握手和四次挥手（详解）