【笔记】网络基础知识和网络编程

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-06-02 03:06 240阅读 0赞

网络编程知识基础

8.1  
进程间通讯，经过发展，最后迎来了一个新的阶段——网络通讯  
网络通讯其实是网络域套接字通信（socket）  
即位于两个不同主机上的，2个进程之间的 通信

上 api  
中 网卡驱动  
下 网卡

学Linux的网络编程三个层次：  
1 低级：直接基于socket编程，比较难，要设置的东西是很多的  
2 高级：基于网络通信应用框架，封装使得编程更简单  
3 更高级：基于http和网络控件的傻瓜式编程。  
我们在这里学的是第一种，较为困难的编程，因为这种编程是无限可能的

8.2  
网络发展史

单机阶段 1960’  
主机是一个大设备，外接打字机和键盘就可以构成一个终端。  
因为当时计算机很少，根本没有通讯的需求，所以多个终端就是当时的终极目标  
打字机+键盘构成的终端，当时称作“telleytype”，简称TTY，这个简写沿用至今

局域网阶段  
开始研究多个主机间的通讯问题  
最早用的是串行口，但是有个问题是速度低而且不易组网，于是后来发明了集线器

广域网阶段  
局域网与局域网之间的通讯

移动互联网阶段  
1997’ - 现在  
2015年开始进入成熟阶段，相关工作要求变高，职位变少

物联网阶段  
即将到来的万物相连阶段

三大网络：电信网，电视网络，互联网  
趋势：互联网将慢慢取代其他网络

网络通讯的媒介  
有线：双绞线，同轴电缆，光纤  
无线：wifi，GPRS，3G/4G/5G，华为把5G搞出来了，另外还有半死不活的zigbee

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8.3 网络设备

1 网卡  
这个一个可以集成，也可以扩展的模块，作用就是上网=v=  
1 连接外部网络  
2 串转并  
3 封包与拆包  
4 网络数据缓存 和 速率适配

2 集线器hub  
1 信号的中继放大，避免信号衰减  
2 局域网组网，以广播方式工作  
但注意：不可以连接外网

3 交换机  
高级集线器，广播方式发生改变，不再像集线器一样挨个发，而是根据ip地址进行判断

4 路由器  
局域网和外网连接的接口，连接多个不同网段的设备，类似网关  
他的核心功能就是提供外网  
路由器由于是内部局域网、外部广域网的接口，所以他配备了2个网卡，一个用做网关，一个用做节点  
对内：连接外网  
对外：划分子网，DHCP服务

关于DNS服务：域名解析服务  
域名：www.kkqqq.com 即是ip地址的别名。  
DNS提供域名和ip地址之间的转换服务，所以域名是需要购买的。

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8.5 DHCP 和 NAT

DHCP动态主机配置协议  
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DHCP服务器提供的，路由器就有这个功能

我记得理工大学的andbusiness就有一个DHCP由于手机设备太多导致连不上网的问题，这个问题的解决方法就是使用静态IP，这样一来就不使用自动分配的IP地址。

DHCP的优点：方便接入和断开，有限的IP地址得到充分利用。

NAT网络地址转换协议  
IP地址分为公网地址和私网地址

局域网内主机向外网发送数据包时，路由器将局域网主机的内网IP替换为外网IP，这个过程就叫NAT  
他是一种给ipv4打补丁的方法，最终解决ip不够的话还是要看ipv6。

NAT穿透  
NAT就像一堵墙，192.168.2.1和另一个局域网的192.168.2.1不能直接相连  
迅雷是一种点对点（P2P）的下载方式  
我们下载的资源其实是从周围的、距离我们较近的其他有这个资源的电脑上获取的  
资源下载时候的32/267 32代表我们实际连接上的资源，267是总资源  
要想实现P2P，那么就需要NAT穿透。  
服务器帮我们做了中介，帮我们打通了NAT的墙，这个技术就是NAT穿透

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8.6 IP  
ip在人机交互时候是点分十进制的，实际上是int型的  
0xC0A80166 32位二进制方式  
192.168.2.1 点分十进制  
转换过程中有一些api，专门用来做显示转换。

一台主机包含在一个网络中的，找到这个主机要先找到他所在的网络  
IP地址 = 网络地址 + 主机地址

譬如可以  
8位表示网络，24位表示主机地址  
16位表示网路，16位表示主机地址

表示网络部分、主机部分各自占多少位，要看子网掩码。子网掩码为1的位代表网络地址  
子网掩码255 255 255 0时，代表前24位是网络地址，后8位是主机地址

常见的IP地址  
A类  
B类  
C类  
特殊IP地址：  
127.0.0.0 用来做回环测试：网卡自己发自己收，测试网卡设备是否可用

区别就是网络地址和主机地址所占长度不同

如何判断两个ip地址是否在同一个子网内？  
网络标识 = IP地址 & 子网掩码  
若网络标识相同。那么证明两个IP地址在同一子网

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9.1 Linux网络编程框架

注意：这个层次是比较复杂的，而且分层的感觉比较明显。  
TCP协议、socket接口  
后面我们会学自己写一个服务器，能够让两端连接上。当然完整的服务器需要什么，会点到为止。  
深入学习网络编程，就差不多要看书了  
做什么，我们再去深入研究什么。

网络是分层的  
OSI 7层网络模型  
目的：解决整体的复杂性  
具体表现：不一定分7层，如TCP只有4层

TCP/IP协议引入：  
TCP/IP是使用最多的网络协议实现

上层进程在网络通讯的时候，也是有一个定向功能的。QQ和QQ通信的时候，是有办法精确到进程里面去的。  
在上层是一个独特的层次，他不用考虑下层的问题，不管你什么设备到底用的是wifi还是4G。

Tips：关于网络的学习：应该是学哪个层次就深入哪个。我们的学习重点是API+APP。关注的重点也是应用层，了解传输层。  
网络驱动、网卡相关和通讯相关的问题我们暂不考虑。

研究网络通信的时候，一定是在同一层次上研究。是讲应用都讲应用。一个主机的应用和另一个主机的驱动是没有任何话可以说的，因为这毫无意义。

BS和CS  
BS架构 浏览器服务器架构 browser 多客户端集于浏览器 后  
CS架构 客户端服务器架构 client-server 迅雷、网盘、QQ 先

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9.2 TCP  
1 位于传输层，对上服务socket，对下服务ip  
2 面向连接，需要先建立连接  
3 可靠传输

TCP保证可靠的方法：  
1 握手  
2 ack和丢包重传  
3 数据附带校验防止传输损坏  
4 滑动窗口技术，根据带宽适配速率  
5 报文编号顺序校验

TCP的握手  
握手的次数设计，取决于成本和可靠程度。握手越多成本越高，也越可靠。  
\[建立连接\]  
建立连接3次握手  
服务器listen时，客户端connect  
\[关闭连接\]  
关闭连接4次握手  
双方任意一方都可以主动关闭

应用层写代码的时候，是不用管握手过程的，这些协议已经被传输层封装好了。

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建立连接的过程  
服务器端：  
socket 创建套接字  
bind 本地绑定  
listen 进行监听

客户端：  
socket 创建套接字  
connect 发起连接

服务器端：同意连接

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8.6 Socket编程接口介绍

1、建立连接  
socket（int 网络域 ， int type ， int协议） //非常类似open  
网络域： 宏定义的ipv4或ipv6  
type： 三类宏定义  
SOCK\_STREAM //TCP网络  
SOCK\_DGRAM //UDP网络  
SOCK\_SEQPACKET  
协议： 默认0

bind（int socket ， const struct sockaddr \* address ， len） //类似fcntl，绑定本地ip

listen（int socket ， int backlog）  
backlog： 监听几个

connect（int socket， 目的ip， len）

2、发送和接收函数  
send（int socket， buf，len，int flag）  
flag： 平时设置为0，即实现write()的功能，特殊协议时会使用到其他  
recv（int socket， buf，len，int flag）  
flag： 平时设置为0，即实现write()的功能，特殊协议时会使用到其他

3、辅助型函数  
不支持ipv6的三个函数  
inet\_aton  
inet\_addr 点分十进制 → int格式  
inet\_ntoa

滋瓷ipv6的两个函数  
inet\_ntop 32位 → 点分十进制 n代表net  
inet\_pton 32位 → 点分十进制 p当作person理解，其实是指针，字符格式的意思  
13:27 2016/12/7  
4、相关结构体  
在/usr/include 下，netinet/in.c中，有对结构体的声明

typedef  u32_t  in_addr_t;
    
    struct in_addr
    {
         in_addr_t s_addr;
    }
    
    struct sockaddr_in                  //封装ipv4的 
    {
        in_port_t   sin_port;           //端口号
        struct      in_addr sin_addr;   //ip地址
    }

struct sockaddr这个“ip地址标准结构体”实际上只是形参，是不存在的，他在实际应用过程中，会被替换为  
struct sockaddr\_in  
或者  
struct sockaddr\_in6

5、补充一点：网络字节序  
就是大端模式，网络传输中，不同大小端的 设备，都要遵从大端模式。

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实战1 CS机制

网络之间用bind的原因  
bind绑定的是 套接字 与 IP地址+端口号  
网络进程与网络进程之间是不好直接通信的。因为根据IP地址仅仅能找到哪个设备，而不是哪个进程。  
网络传输过程中是找不到目标进程的，这个时候就需要端口号port来为我们指引，是哪一个进程。、

服务器  
socket 返回值fd =3（监听fd，专门用来监听，但是不能读写）  
bind  
listen  
accept 返回值ret =4（连接fd，用来和连接另一端的程序进行读写操作）

客户端  
socket  
connect

htonl  
host to net long 4字节

htons  
host to net short 2字节

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双向通信：  
客户端发送 & 服务器接收  
服务器发送 & 客户端接收

服务器：