linux下的网络编程：基础概念+UDP编程

    目的：实现不同主机，进程间的通信

    实现需要解决的问题：

• 主机和主机之间物理层面必须互联互通。
• 进程与进程在软件层面必须互联互通。

一、概念

（1）网络示意图

交换机：实现跨局域网（短距离数据传输）通信。

路由器：实现数据的路由（路径的选择），进行路径规划。→工作在网络层。

        每个路由器中，均存在一个路由表，其主要是存储路由器所爱信号范围内其他路由器的相关信息。

• MAC地址：计算机的硬件地址（固定)。
• IP地址：计算机软件地址，用来标识计算机设备（标记不同主机）。
• 网络端口号：标记同意主机上的不同网络进程。

（2）网络协议——“网络通信标准”

1.OSI七层模型（open system interconnect）

                                                                           ——开放系统互连模型，"理论模型"

        1）目的：解决不同设备间网络的通信标准。

        2）分类:

                   要传输的数据信息，如下文件传输，电子邮件等。

                   数据加密，解密操作，压缩，解压缩。➡保证其安全性。

                   建立数据传输通道。 ➡建立一次会话。

                   传输的方式 （ UDP 、TCP）。➡决定数据的数据的传输方式。

                   实现数据路由，路径规划 。➡ 路由器  ip工作在此层。

                   封装成帧，点对点通信（局域网内通信），差错检测  。➡交换机  ARP在此工作。

• 物理层

                    定义物理设备标准、电气特性，比如网线，光纤等传输介质 。➡将数据链路层封装成帧转化成高低电平，即比特流（bit）然后通过传输介质进行传输。

2.TCP/TP模型——”应用模型“

（一）TCP模型——”五层‘

• 应用层（应用层、表示层、会话层）
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理层

（二）IP模型——“四层”

• 应用层（应用层、表示层、会话层)
• 传输层
• 网络层
• 网络接口层（数据链路层、物理层）

（三）各层的网络协议

1）应用层

• HTTP：超文本传输协议
• HTTPS：超文本传输协议（SSL加密算法）
• FTP：文件传输协议➡TCP工作在传输层。
• TFTP：简单文件传输协议  ➡UDP
• MQTT：消息队列遥测传输（物联网协议）
• DNS：域名解析服务器（如:baidu.com）➡将域名转换为IP地址。

2）传输层

            先进行路径规划，在进行传输，所以安全性、可靠性高。

• TCP：传输控制协议
• UDP：用户数据协议

            直接进行传输，可能会造成数据的丢失，所以安全性不高。

3）网络层

• IP协议：IPV4、IPV6

4）数据链路层

        ARP：地址解析协议（将IP地址转换为MAR地址）。

3.IP协议

（一）分类

• IPV4——32位（均表示IP地址）
• IPV6——128位（解决了IPV4地址不足的问题）

在windows上查IP地址：windows+R➡输入cmd➡输入命令ipconfig

在虚拟机上查IP地址： 输入命令ifconfig

（二）IPV4概念

1）表达形式：

        192.168.0.140 （用户表现形式）点分十进制

11000000 10101000 00000000 01000001 （计算机存储形式）4 * 8 bit

2）组成

        IP地址 = 网络位 + 主机位

判断IP地址的网路位和主机位时，需要搭配子网掩码查看：

    子网掩码全为1的IP地址的网络段，子网掩码是0的部分对应IP地址的主机位

<192.168.0.121/24  ➡24：网络位的位数>

3)特殊的IP地址

• 网络位：该IP地址处于哪个网段（局域网）内。
• 主机位：这个网段（局域网）第几台主机。
• 网段号:IP地址网络位不变,主机位全为0,则为该IP地址的网段号

            如：192.168.1.0 网段内(网段内的IP能直接通信)

•  广播号:IP地址网络位不变,主机位全为1,则为该IP地址的广播号

            如：192.168.1.255(向广播号发送信息,所有局域网内IP都能收到此信息)

•    网关地址：IP地址网络位不变,主机位为

        如：192.169.1.1

4.IP地址的划分

   (1)A类地址:
范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255
子网掩码:255.0.0.0          126*2^24        
用于管理大规模网络

私有IP地址:10.0.0.0 - 10.255.255.255

127.0.0.0   回环地址
(2)B类地址:
范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255
子网掩码:255.255.0.0         2^16
管理大中规模网络

私有IP地址:172.16.0.0 - 172.31.255.255

(3)C类地址:
范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255
子网掩码:255.255.255.0        2^8
管理中小规模网络

私有IP地址:192.168.0.0 - 192.168.255.255

(4)D类地址:
224.0.0.0 - 239.255.255.255
组播和广播使用

(5)E类地址:
240.0.0.0 - 255.255.255.254
用来进行实验

        公有IP：由电信公司直接分配，并需要付费的IP地址， 可以直接访问internet
私有IP：不能直接访问internet的ip地址

节省ip地址

5.端口号网络

                                                                                        ——16位整形数据（unsigned short）

（1）功能 

                标记同一主机上的不同网络进程

（2）范围

                0~65535

（3）分类

• 任何TCP/IP实现所提供的服务都用1-1023之间的端口号。

            http ： 80
FTP： 20/21
TFPT: 69
HTTPS: 443

• 端口号从1024-49151是被注册的端口号，被IANA指定为特殊服务使用。

                MQTT：1883/8883

• 从49152-65535是动态或私有端口号。

（4）数据包封装和解封过程

6.网络配置

• 1.  ping  ip地址/域名

        查看当前主机和IP/域名所对应的这台主机网络是否联通
ping www.baidu.com

•    2. ifconfig 

       在Linux查看当前主机的IP地址
ipconfig
在Windows上查看当前主机的IP地址

•    3. 网络配置的步骤

       1）虚拟机--》设置--》网络适配器---》桥接模式
2）编辑--》虚拟网络编辑器--》更改设置--》VMnet0---》桥接至--》当前PC正在上网的网卡上--》应用--》确定
3）修改网络配置文件
sudo vim /etc/network/interfaces

             auto lo
iface lo inet loopback

             auto ens33 
iface ens33 inet dhcp

        4）重启网络服务
sudo /etc/init.d/networking restart
5) 测试
ping www.baidu.com

7.网络协议——UDP

        UDP：传输层
用户数据报协议（User Datagram Protocol）

     1）网络编程模型
B/S模型：browser/server（浏览器/服务器）
1. 客户端是通用的客户端（浏览器）
2. 一般只做服务器开发
3. 客户端要加载的数据均来自服务器
C/S模型：client/server（客户端/服务端）
1. 客户端是一个专用的客户端
2. 服务器和客户端都需开发
3. 客户端可保存资源，本地加载，无需所有数据都请求服务器