【筆記】網絡基礎知識和網絡程式設計

網絡程式設計知識基礎

8.1

程序間通訊，經過發展，最後迎來了一個新的階段——網絡通訊

網絡通訊其實是網絡域套接字通信（socket）

即位于兩個不同主機上的，2個程序之間的 通信

上 api

中 網卡驅動

下 網卡

學Linux的網絡程式設計三個層次：

1 低級：直接基于socket程式設計，比較難，要設定的東西是很多的

2 進階：基于網絡通信應用架構，封裝使得程式設計更簡單

3 更進階：基于http和網絡控件的傻瓜式程式設計。

我們在這裡學的是第一種，較為困難的程式設計，因為這種程式設計是無限可能的

8.2

網絡發展史

單機階段 1960’

主機是一個大裝置，外接打字機和鍵盤就可以構成一個終端。

因為當時計算機很少，根本沒有通訊的需求，是以多個終端就是當時的終極目标

打字機+鍵盤構成的終端，當時稱作“telleytype”，簡稱TTY，這個簡寫沿用至今

區域網路階段

開始研究多個主機間的通訊問題

最早用的是串行口，但是有個問題是速度低而且不易組網，于是後來發明了集線器

廣域網階段

區域網路與區域網路之間的通訊

移動網際網路階段

1997’ - 現在

2015年開始進入成熟階段，相關工作要求變高，職位變少

物聯網階段

即将到來的萬物相連階段

三大網絡：電信網，電視網絡，網際網路

趨勢：網際網路将慢慢取代其他網絡

網絡通訊的媒介

有線：雙絞線，同軸電纜，光纖

無線：wifi，GPRS，3G/4G/5G，華為把5G搞出來了，另外還有半死不活的zigbee

8.3 網絡裝置

1 網卡

這個一個可以內建，也可以擴充的子產品，作用就是上網=v=

1 連接配接外部網絡

2 串轉并

3 封包與拆包

4 網絡資料緩存 和 速率适配

2 集線器hub

1 信号的中繼放大，避免信号衰減

2 區域網路組網，以廣播方式工作

但注意：不可以連接配接外網

3 交換機

進階集線器，廣播方式發生改變，不再像集線器一樣挨個發，而是根據ip位址進行判斷

4 路由器

區域網路和外網連接配接的接口，連接配接多個不同網段的裝置，類似網關

他的核心功能就是提供外網

路由器由于是内部區域網路、外部廣域網的接口，是以他配備了2個網卡，一個用做網關，一個用做節點

對内：連接配接外網

對外：劃分子網，DHCP服務

關于DNS服務：域名解析服務

域名：www.kkqqq.com 即是ip位址的别名。

DNS提供域名和ip位址之間的轉換服務，是以域名是需要購買的。

8.5 DHCP 和 NAT

DHCP動态主機配置協定

IP位址可以靜态設定，也可以動态配置設定

動态配置設定是區域網路内DHCP伺服器提供的，路由器就有這個功能

我記得理工大學的andbusiness就有一個DHCP由于手機裝置太多導緻連不上網的問題，這個問題的解決方法就是使用靜态IP，這樣一來就不使用自動配置設定的IP位址。

DHCP的優點：友善接入和斷開，有限的IP位址得到充分利用。

NAT網絡位址轉換協定

IP位址分為公網位址和私網位址

區域網路内主機向外網發送資料包時，路由器将區域網路主機的内網IP替換為外網IP，這個過程就叫NAT

他是一種給ipv4打更新檔的方法，最終解決ip不夠的話還是要看ipv6。

NAT穿透

NAT就像一堵牆，192.168.2.1和另一個區域網路的192.168.2.1不能直接相連

迅雷是一種點對點（P2P）的下載下傳方式

我們下載下傳的資源其實是從周圍的、距離我們較近的其他有這個資源的電腦上擷取的

資源下載下傳時候的32/267 32代表我們實際連接配接上的資源，267是總資源

要想實作P2P，那麼就需要NAT穿透。

伺服器幫我們做了中介，幫我們打通了NAT的牆，這個技術就是NAT穿透

8.6 IP

ip在人機互動時候是點分十進制的，實際上是int型的

0xC0A80166 32位二進制方式

192.168.2.1 點分十進制

轉換過程中有一些api，專門用來做顯示轉換。

一台主機包含在一個網絡中的，找到這個主機要先找到他所在的網絡

IP位址 = 網絡位址 + 主機位址

譬如可以

8位表示網絡，24位表示主機位址

16位表示網路，16位表示主機位址

表示網絡部分、主機部分各自占多少位，要看子網路遮罩。子網路遮罩為1的位代表網絡位址

子網路遮罩255 255 255 0時，代表前24位是網絡位址，後8位是主機位址

常見的IP位址

A類

B類

C類

特殊IP位址：

127.0.0.0 用來做回環測試：網卡自己發自己收，測試網卡裝置是否可用

差別就是網絡位址和主機位址所占長度不同

如何判斷兩個ip位址是否在同一個子網内？

網絡辨別 = IP位址 & 子網路遮罩

若網絡辨別相同。那麼證明兩個IP位址在同一子網

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9.1 Linux網絡程式設計架構

注意：這個層次是比較複雜的，而且分層的感覺比較明顯。

TCP協定、socket接口

後面我們會學自己寫一個伺服器，能夠讓兩端連接配接上。當然完整的伺服器需要什麼，會點到為止。

深入學習網絡程式設計，就差不多要看書了

做什麼，我們再去深入研究什麼。

網絡是分層的

OSI 7層網絡模型

目的：解決整體的複雜性

具體表現：不一定分7層，如TCP隻有4層

TCP/IP協定引入：

TCP/IP是使用最多的網絡協定實作

上層程序在網絡通訊的時候，也是有一個定向功能的。QQ和QQ通信的時候，是有辦法精确到程序裡面去的。

在上層是一個獨特的層次，他不用考慮下層的問題，不管你什麼裝置到底用的是wifi還是4G。

Tips：關于網絡的學習：應該是學哪個層次就深入哪個。我們的學習重點是API+APP。關注的重點也是應用層，了解傳輸層。

網絡驅動、網卡相關和通訊相關的問題我們暫不考慮。

研究網絡通信的時候，一定是在同一層次上研究。是講應用都講應用。一個主機的應用和另一個主機的驅動是沒有任何話可以說的，因為這毫無意義。

BS和CS

BS架構 浏覽器伺服器架構 browser 多用戶端集于浏覽器 後

CS架構 用戶端伺服器架構 client-server 迅雷、網盤、QQ 先

9.2 TCP

1 位于傳輸層，對上服務socket，對下服務ip

2 面向連接配接，需要先建立連接配接

3 可靠傳輸

TCP保證可靠的方法：

1 握手

2 ack和丢包重傳

3 資料附帶校驗防止傳輸損壞

4 滑動視窗技術，根據帶寬适配速率

5 封包編号順序校驗

TCP的握手

握手的次數設計，取決于成本和可靠程度。握手越多成本越高，也越可靠。

[建立連接配接]

建立連接配接3次握手

伺服器listen時，用戶端connect

[關閉連接配接]

關閉連接配接4次握手

雙方任意一方都可以主動關閉

應用層寫代碼的時候，是不用管握手過程的，這些協定已經被傳輸層封裝好了。

建立連接配接的過程

伺服器端：

socket 建立套接字

bind 本地綁定

listen 進行監聽

用戶端：

socket 建立套接字

connect 發起連接配接

伺服器端：同意連接配接

8.6 Socket程式設計接口介紹

1、建立連接配接

socket（int 網絡域 ， int type ， int協定） //非常類似open

網絡域： 宏定義的ipv4或ipv6

type： 三類宏定義

SOCK_STREAM //TCP網絡

SOCK_DGRAM //UDP網絡

SOCK_SEQPACKET

協定： 預設0

bind（int socket ， const struct sockaddr * address ， len） //類似fcntl，綁定本地ip

listen（int socket ， int backlog）

backlog： 監聽幾個

connect（int socket， 目的ip， len）

2、發送和接收函數

send（int socket， buf，len，int flag）

flag： 平時設定為0，即實作write()的功能，特殊協定時會使用到其他

recv（int socket， buf，len，int flag）

flag： 平時設定為0，即實作write()的功能，特殊協定時會使用到其他

3、輔助型函數

不支援ipv6的三個函數

inet_aton

inet_addr 點分十進制 → int格式

inet_ntoa

滋瓷ipv6的兩個函數

inet_ntop 32位 → 點分十進制 n代表net

inet_pton 32位 → 點分十進制 p當作person了解，其實是指針，字元格式的意思

13:27 2016/12/7

4、相關結構體

在/usr/include 下，netinet/in.c中，有對結構體的聲明

typedef  u32_t  in_addr_t;

struct in_addr
{
     in_addr_t s_addr;
}

struct sockaddr_in                  //封裝ipv4的 
{
    in_port_t   sin_port;           //端口号
    struct      in_addr sin_addr;   //ip位址
}   
           

struct sockaddr這個“ip位址标準結構體”實際上隻是形參，是不存在的，他在實際應用過程中，會被替換為

struct sockaddr_in

或者

struct sockaddr_in6

5、補充一點：網絡位元組序

就是大端模式，網絡傳輸中，不同大小端的 裝置，都要遵從大端模式。

實戰1 CS機制

網絡之間用bind的原因

bind綁定的是 套接字 與 IP位址+端口号

網絡程序與網絡程序之間是不好直接通信的。因為根據IP位址僅僅能找到哪個裝置，而不是哪個程序。

網絡傳輸過程中是找不到目标程序的，這個時候就需要端口号port來為我們指引，是哪一個程序。、

伺服器

socket 傳回值fd =3（監聽fd，專門用來監聽，但是不能讀寫）

bind

listen

accept 傳回值ret =4（連接配接fd，用來和連接配接另一端的程式進行讀寫操作）

用戶端

socket

connect

htonl

host to net long 4位元組

htons

host to net short 2位元組

雙向通信：

用戶端發送 & 伺服器接收

伺服器發送 & 用戶端接收

伺服器：

WHILE1
    ret = recv(clifd , recvbuf , sizeof(recvbuf) , );
    printf recvbuf
    memset
           

用戶端

WHILE1
    ret = send(sockfd , sendbuf , sizeof(sendbuf) , );
    printf recvbuf
    memset
           

雙方自由收發：異步通信，需要一個通信約定完成同步。需要依靠應用層協定解決。