网络编程（计算机网络基础）

认识网络

1.网络发展史

ARPnetA(阿帕网)->internet(因特网)->移动互联网->物联网

2.局域网与广域网

局域网

概念：的缩写是LAN（local area network），顾名思义，是个本地的网络，只能实现小范围短距离的网络通信。我们的家庭网络是典型的局域网。电脑、手机、电视、智能音箱、智能插座都连在路由器上，可以互相通信。

广域网

概念：广域网是相对于局域网来讲的，局域网传输距离比较近，只能是一个小范围的，如果需要长距离的传输，局域网是无法架设的。比如你在的公司总部在北京，三个分部分别在上海，深圳，成都，局域网明显是无法实现的。

实现方式：通过因特网（宽带连接，便宜）

                  通过广域专线（安全，使用一条自己的专用线路来传输数据，不允许别的设备接入）

3.光猫（了解）

概念：光猫是一种类似于基带modem（数字调制解调器）的设备，和基带modem不同的是接入的是光纤专线，是光信号。用于广域网中光电信号的转换和接口协议的转换，接入路由器，是广域网接入。

光猫的作用：将光（模拟）信号转化为数字信号

早期应用：电话线

现在应用：光纤

4.路由器 

概念（作用）：用于连接局域网和外网

前面说了你的设备可以连接路由器来通信，你在你家这个区域设备之间连接在一起，但是你还要和外界通信，路由器就是把你家庭这个区域的网络和外部网络连接，你就能通过路由器提供的网络和外部联系。

路由器需要区分WAN口和LAN口，WAN口是接外网的（从Modem出来的或者从上一级路由器出来的），LAN口是接内网的，现在路由器都带无线功能，本质上无线接入就是LAN。

5.交换机与路由器

交换机：用于局域网内网的数据转发（就是处理数据，像一个物流中心，管理货物（数据）运输）

路由器：用于连接局域网和外网，也能进行数据转发

注：现在大部分路由器都有有交换机的功能；

       但是交换机没有IP分配和IP寻址的功能，所以交换机没有路由器的功能。

6.网线

网线就是数据传输的通路（就像道路一样）

IP地址

1.基本概念

什么是IP地址

（1）IP地址是Internet中主机的标识（主机的身份证，如果有人要我给你送一个苹果（数据），你没有身份证，你怎么证明你是我要找的人）

（2）Internet中的主机要与别的机器通信必须具有一个IP地址

（3）IP地址为32位（IPv4）或者128位（IPv6）

（4）IPV4表示形式：常用点分十进制形式，如202.38.64.10，最后都会转换为一个32位的无符号整数。

补充知识：

NAT设备（网络地址转换）

功能：NAT设备的主要功能是将内部私有IP地址转换为公共IP地址，或反向操作，以便在局域网和外部网络（如互联网）之间进行通信。

工作原理：

当局域网内的设备访问互联网时，NAT设备记录设备的内部IP地址和源端口，并用公共IP地址替换。

响应的流量也会经过NAT设备，NAT通过记录的映射关系将数据包发送回正确的内部设备。

作用对象：NAT设备用于管理与外部网络（如互联网）的通信，通常作为路由器的一部分。

DHCP服务器（动态主机配置协议）

功能：DHCP服务器的主要任务是自动分配IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器ip等网络配置给网络中的设备（客户端），简化网络管理。

工作原理：

当一个设备（如电脑或手机）首次连接到网络时，它会发送一个DHCP请求。

DHCP服务器接收到请求后，从预设的IP地址池中分配一个可用的IP地址，并返回给客户端。

作用对象：DHCP服务器专注于局域网内部的IP地址管理。

2.网络号/主机号(二级划分)

IP地址的组成：网络号+主机号

网络号：是一个局域网的标志，表示这个主机所属的网段（局域网）

主机号：标识在本网段内的ID，同一局域网不能重复（相当于你的主机在这个局域网范围内的编号）

不同的局域网网络号是不一样的，主机号可能和别的局域网内的主机一样但是组合在一起的IP地址就不会一样，就像你的身份证，你的所属地编号可能有很多人和你一样，但是后面哈有出生年日期和男女标识以及分配顺序，这就决定了你的身份唯一性，但是又能找出很多同一性（所属地等等）。

3.IP地址分类

IP地址分类

各个类的范围：

A类：1.0.0.1~126.255.255.254

B类：128.0.0.1~~191.255.255.254

C类：192.0.0.1~~223.255.255.254

D类（组播地址）：224.0.0.1~~239.255.255.254

E类:240.0.0.1~~247.255.255.254

特殊的IP地址

0.0.0.0：在服务器中，0.0.0.0指的是本机上的所有IPV4地址，如果一个主机有两个IP地址，192.168.1.1 和 10.1.2.1，并且该主机上的一个服务监听的地址是0.0.0.0,那么通过两个ip地址都能够访问该服务

127.0.0.1：回环地址/环路地址，所有发往该类地址的数据包都应该被loop back（Loopback通常指网络或系统中的一种自我测试机制，允许信号或数据从输出端返回到输入端而不经过外部设备。常见于网络协议、音频接口、软件开发等领域）。

网络地址: 每一个网段主机号为0的地址; 如:192.168.50.222-->192.168.50.0 它是网络中的一个特殊地址，不能被分配给任何具体的主机（主机号为0）

广播地址: 主机号最大的地址是该网段的广播地址 如：192.168.50.222的广播地址是192.168.50.255

全网广播地址：255.255.255.255

终端输入ifconfig可以查看自己当前设备的网络配置信息（包含IPV4,子网掩码,广播地址等）

4 子网掩码

子网掩码：（1）是一个32位的整数，作用是将某一个IP划分成网络地址和主机地址；

                  （2）子网掩码长度是和IP地址长度完全一样；

特点：网络号全为1，主机号全为0；

公式：网络地址=IP & MASK（子网掩码）

           主机地址= IP& ~MASK（子网掩码取反）

5.三级划分

作用: 重新划分网络号和主机号 , 也就是重新组网 , 从而提高资源利用率

二级划分 IP ：IP地址= 网络号 + 主机号（把IP地址分为两个部分）

三级划分 IP ：IP地址= 网络号 + 子网号 + 主机号(把IP地址分为三个部分，把主机号分为子网号和主机号)

练习：

1.B类地址的子网掩码怎么写？                                        255.255.0.0

2.一个IP地址为192.168.3.183，计算其网络号与主机号

子网掩码：255.255.255.0 网络号：192.168.3.0 主机号：0.0.0.183

3.B类地址，同一网段最多可以连接多少个主机？            2^16-2(去掉网络地址和广播地址)

4.如果有800台电脑, 在不浪费ip情况下, 选用哪个网段?   B

5.某公司有四个部门：行政、研发1、研发2、营销，每个部门各50台计算机接入公司局域网，如果要在192.168.1.0网段为每个部门划分子网，子网掩码应该怎么设置，每个子网的地址范围分别是什么？

分析：首先确定使用第几类IP地址合适，要求能表示两百台计算机，资源利用率越高越好；这里还要求我们把主机号分为子网号和主机号，子网号来表示部门，主机号才表示各个电脑；再确定子网号应该使用几位，两位就够了，00，01，10，11，这个时候我们就确定了IP地址应该是网络号（已有）+子网号（四个部门）+主机号；A类主机号十六位，十六位减去两位子网号是14位，太多了，资源浪费，能不能再少点，B类八位主机号减去两位子网号是六位，2的六次方是64，可以容下一部门五十个人，所以选择B类IP地址。

确定格式：网络号（16位）+子网号（2位）+主机号（6位）

答案：

行政：   192.168.1.00 00 0000~00 11 1111  = 192.168.1.0~~192.168.1.63

研发一：192.168.1.01 00 0000~01 11 1111 = 192.168.1.64~~192.168.1.127

研发二：192.168.1.10 00 0000~10 11 1111 = 192.168.1.128~~192.168.1.191

营销：    192.168.1.11 00 0000~11 11 1111 = 192.168.1.192~~192.168.1.255

子网掩码：255.255.255.11 00 0000 = 255.255.255.192

网络模型

1.网络的体系结构

网络采用分而治之的方法设计，将网络的功能划分为不同的模块，以分层的形式有机组合在一起。每层实现不同的功能，其内部实现方法对外部其他层次来说是透明的。每层向上层提供服务，同时使用下层提供的服务

网络体系结构即指网络的层次结构和每层所使用协议的集合

两类非常重要的体系结构：OSI与TCP/IP

2.OSI模型（ISO国际标准化组织）

OSI模型是最理想的模型，适用于教学和理解，一般不使用这种但是要记住。

应用层：指定特定应用的协议，文件传输，文件管理，电子邮件等。

表示层：确保一个系统应用层发送的消息可以被另一个系统的应用层读取，编码转换，数据解 析，管理数据加密，解密；

会话层：通信管理，负责建立或者断开通信连接

传输层：端口号，数据传输到具体那个进程程序（端到端）

网络层：路由器中是有算法的，ip，（主机到主机）（路由的转发）

链路层：格式变为帧（把数据分成包，一帧一帧的数据进行发送）

物理层：传输的是bit流(0与1一样的数据)，物理信号，没有格式

3.TCP/IP模型（规范）

应用层：应用协议和应用程序的集合

传输层：决定数据交给机器的哪个任务（进程）去处理，通过端口寻址

（进程一定有进程号，不一定有端口号，端口号只有在进行网络通信才有）

网络层：提供设备到设备的传输，可以理解为通过IP寻址机器。

网络接口和物理层：屏蔽硬件差异（驱动），向上层提供统一的操作接口

OSI和TCP/IP模型对应关系图

 4.常见协议

应用层：

SSH:加密协议

telnet：远程登录协议

FTP：文件传输协议

HTTP：超文本传输协议

DNS：域名解析协议 （将人类易于记忆的域名（如www.baidu.com）转换为计算机使用的IP地址（如192.0.2.1））

SMTP/POP3：邮件传输协议

传输层：

TCP：传输控制协议

UDP：用户数据报协议

网络层:

IP(IPV4/IPV6):网间互连的协议

ICMP：网络控制管理协议，ping命令使用

IGMP：网络分组管理协议，广播和组播使用

ARP：地址解析协议 IP-->MAC

RARP:反向地址转换协议 MAC-->IP

网络接口和物理层:

ppp：点对点协议

Ethernet:是一种常见的局域网技术，使用MAC地址进行帧的传输和接收

Wi-Fi:用于无线局域网的数据传输，通常基于IEEE 802.11标准

1.DNS

由于使用IP地址来指定计算机不方便人们记忆，且输入时候容易出错，用字符标识网络中计算机名称方法。

这种命名方法就像每个人的名字，这就是域名（Domian Name ）

域名服务器（Domain Name server）：用来处理IP地址和域名之间的转换。

域名系统（Domain Name System，DNS）：域名翻译成IP地址的软件DNS

域名结构:

例如域名 www.baidu.com.cn 从右向左看:

1.cn为高级域名，也叫一级域名，它通常分配给主干节点，取值为国家名，cn代表中国

2.com为网络名，属于二级域名，它通常表示组织或部门

中国互联网二级域名共40个，edu表示教育部门，com表示商业部门，gov表示政府，军队mil等等

3.baidu为机构名，在此为三级域名，表示百度

4.www：万维网world wide web，也叫环球信息网，是一种特殊的信息结构框架。

DNS工作流程:

DNS黑客技术:

2.TPC与UDP:

相同点：

UDP TCP 协议都存在于传输层，全双工通信

不同点：

TPC（传输控制协议）：

1.全双工通信、面向连接、可靠

2.是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)。

3.适用场景：

（1）发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）

（2）适合于广播/组播式通信中。

（3）MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议

4.高可靠原因：

（1） 三次握手、四次挥手                      

（2）序列号和应答机制                

（3）超时，错误重传机制                  

（4）拥塞控制、流量控制(滑动窗口)

UDP（用户数据报协议）：

1.全双工通信、面向无连接、不可靠；因为在数据发送前不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输，但是容易丢失数据。

2.适用场景：

（1）发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）

（2）适合于广播/组播式通信中。

（3）MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议

5.常用网络调试命令

1.ping:用来网络联通测试（使用多）

作用：

（1）用来检测网络的连通情况和分析网络速度；

（2）根据域名得到服务器IP；

（3）根据ping返回的TTL值来判断对方所使用的操作系统及数据包经过路由器数量。

参数：

字节：数据包大小

时间：响应时间，时间越小证明你链接这个地址的速度越快

TTL：Time To Live，从源到目的，每经过一个路由器，TTL减一，当TTL=0，包丢失

2.ifconfig:查看网络接口信息

参数：

ens33：网卡名称

        en：Ethernet

        s：表示热插拔插槽上的设备

        33：插槽编号

lo：回环网卡

其他命令：

格式	含义
ifconfig 具体网卡名称	只显示具体网卡的详细信息（无论是否启用）
ifconfig -a	表示显示所有网卡包括没有启动的网卡
ifconfig 网卡名称 up/down	表示开启或关闭网卡
ifconfig 网络接口 IP地址[/子网掩码长度]	新建临时IP地址（添加 一块虚拟网卡）
ifconfig -s	查看通讯情况

手机调试工具

应用市场搜全能调试。

套接字：socket

1.什么是套接字

1.是一个编程接口

2.是一种特殊的文件描述符 (everything in Unix is a file)

3.socket是一种通信机制，并不仅限于TCP/IP协议

4.面向连接 (Transmission Control Protocol - TCP/IP)

5.无连接 (User Datagram Protocol -UDP 和 Inter-network Packet Exchange - IPX)

2.为什么需要socket？

1.普通的I/O操作过程 ：打开文件-＞读/写操作-＞关闭文件

2.TCP/IP协议被集成到操作系统的内核中，引入了新型的“I/O”操作 ----->进行网络通信的两个进程在不同的机器上，如何连接？ 网络协议具有多样性，如何进行统一的操作 ?

需要一种通用的网络编程接口：Socket（像一个插排线，将两个进程连接）

3. socket类型

1.流式套接字(SOCK_STREAM) ---> TCP

提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流。

2.数据报套接字(SOCK_DGRAM) --> UDP

提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送可能乱序接收。

3.原始套接字(SOCK_RAW)

可以对较低层次协议如IP、ICMP直接访问，还有一些ping命令

4. 位置

在应用层和数字链路层与物理层之间

端口号

概念：

1.为了区分一台主机接收到的数据包应该转交给哪个进程来进行处理，使用端口号来区分

2.TCP端口号与UDP端口号独立（UDP port为8888，TCP port也可为8888 ）

3.端口号一般由IANA (Internet Assigned Numbers Authority) 管理

4.端口用两个字节来表示

分类：

（1）众所周知端口：（被占用：1~1023（1~255之间为众所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系统占用）)

（2）已登记端口：1024~49151(可用来建立与其它主机的会话)

（3）动态或私有端口：49152~65535 （固定某些服务使用）

字节序

1.字节序: 不同类型的ｃｐｕ主机，内存存储大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序。

2.浮点类型，字符类型，字符串没有字节序

3.分类：

        小端序（little-endian） - 低序字节存储在低地址 (主机字节序)

        大端序（big-endian）- 高序字节存储在低地址 (网络字节序)

网络中传输的数据必须使用网络字节序，即大端字节序

终端显示的数据必须是主机字节序，即小端字节序

大小端口转换

主机字节序转换为网络字节序 （小端序->大端序）

u_long htonl (u_long hostlong); //host to network long

u_short htons (u_short short); //掌握这个

网络字节序转换为主机字节序（大端序->小端序）

u_long ntohl (u_long hostlong);

u_short ntohs (u_short short);

主机字节序转换为网络字节序 （小端序->大端序）

in_addr_t inet_addr(const char *strptr); //该参数是字符串 typedef uint32_t in_addr_t; struct in_addr { in_addr_t s_addr; };

功能: 主机字节序转为网络字节序

参数: const char *strptr: 字符串

返回值: 返回一个无符号长整型数(无符号32位整数用十六进制表示), 否则NULL

网络字节序转换为主机字节序（大端序->小端序）

char *inet_ntoa(stuct in_addr inaddr);

功能: 将网络字节序二进制地址转换成主机字节序。

参数: stuct in_addr in addr : 只需传入一个结构体变量

返回值: 返回一个字符指针, 否则NULL;