复习总结最终版：计算机网络

一、网络基础概念、抓包
（一）网络通信目的：实现不同主机间信息交换和资源共享
（二）IP地址（IPV4，即将用尽以后用IPV6替代）
1.概念：用来唯一的标识一台主机
2.ip地址：192.168.0.168
3.子网掩码：255.255.255.0
4.默认网关：192.168.0.1
5.IP = 网络号+主机号
6.ip（IPV4）本质为32位的二进制数，用点分十进制转换而来
7.子网掩码与ip地址相与来区分网络
（三）www.baidu.com-->DNS（域名解析）-->183.2.172.17
（四）wireshark抓包过程
1.sudo wireshark启动
2.双击ens33/any查看
3.过滤，条形框输入过滤条件或者expression过滤
4.鼠标右击跟随想了解的内容查看
5.SYN和ACK查看
二、网络模型（理解通信层次）
（一）TCP/IP五层模型：当今互联网真正遵循的架构
1.应用层：为应用程序提供网络接口（信的内容，你要说什么）    //http，SMTP（邮件传输），FTP（文件传输）
2.传输层：进程到进程的通信，负责可靠性（装信封，写地址，确保信能送到具体的人（端口号）手中）    //TCP（可靠），UDP（高效）
3.网络层：主机到主机的通信，负责寻址（邮政系统，根据地址（ip）决定信走那条路，最终送到那个主机）    //IP协议，路由器
4.数据链路层：提供同一局域网内相邻设备的帧传输（大楼的收发室，负责把信交给打楼的具体房间（MAC地址））    //以太网，MAC地址
5.物理层：传输原始bit流（0和1）    //网线，光纤
（二）OSI七层模型（开放的系统互联模型）：理论框架
在应用层和传输层添加了：表示层    //压缩、加密
：会话层    //管理一次通信过程
三、socket
（一）理解：是操作系统提供的API（应用程序编程接口）。网络上的门，数据通过它进出。
（二）socket = IP地址 + 端口号
（三）作用
1.IPC
2.网络通信：不同计算机上的进程可以通过socket进行数据交换
（四）类型
1.流式socket（SOCK_STREAM）：基于TCP，提供可靠、面向连接的字节流传输
2.数据报socket（SOCK_DGRAM）：基于UDP，无连接、不可靠的数据报传输
（五）TCP Socket
1.server
①创建Socket：socket（）
②绑定IP和端口：bind
③监听连接：listen()            //用来建立连接
④接收客户端连接:accept()        //
⑤收发数据：send（）/recv（）
⑥关闭：close（）
2.client
①创建Soclkt：socket（）
②连接服务器：connect（）        //
③收发数据：send（）/recv（）
④关闭连接：close（）
（六）UDP Socket：因为UDP无连接，所以不需要listen（）和accept（），直接收发数据即可
1.server
①创建Soclkt：socket（）
②绑定IP和端口：bind
③收发数据：sendto（）/recvfrom（）
④关闭连接：close（）
2.client
①创建Soclkt：socket（）
②收发数据：sendto（）/recvfrom（）
③关闭连接：close（）
四、TCP（粘包问题）、天气预报
（一）TCP粘包问题
1.TCP粘包是什么？
指发送方发送的多个数据包在接收方接受时（缓存区数据堆积）被合并成一个大的数据包的现象。
这是由于TCP协议本身特性导致的，TCP是面向字节流的协议，在数据传输过程没有明确的边界
2.解决方法
①消息边界：在每次发完消息后，添加特殊字符（\r\n）表示消息的边界。这需要接收端在应用层自行处理
②发送固定定大小的数据
③结构体：自定义结构体（head、body）
typedef struct Msg
{
int type；        //交互约定
char buf[256]；    //内容
}msg_t；
3.柔性数组：没定义数组元素个数，c99中它会动态分配内存
（二）TCP（传输控制协议）
1.有连接（三次握手，四次挥手）
握手 ①cli-->ser：SYN=1, seq=x        （客户端：我想建立连接，我的初始序号是x）
②cli<--ser：SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1 （服务器：我同意建立连接，你的x我收到了，我的初始序号是y）
③cli-->ser：ACK=1, seq=x+1, ack=y+1 （客户端：好的，你的y我也收到了，开始通信吧）

挥手 ①主动方-->被动方：FIN=1, seq=u （主动方：我的数据发完了，要关闭连接）
②主动方<--被动方：ACK=1, ack=u+1 （被动方：我知道你要关了）（此时连接处于半关闭状态，被动方可能还有数据要发送）
③主动方<--被动方：FIN=1, ACK=1, seq=v, ack=u+1 （被动方：我的数据也发完了，我也要关了）
④主动方-->被动方：ACK=1, ack=v+1 （主动方：好的，彻底关闭吧）
2.可靠传输：数据不丢失、不重复、不乱序
①确认应答（ACK）：接收方每收到一个数据包，都会发送一个确认（ACK）给发送方
②超时重传：发送方发送一个数据包后启动定时器。如果在规定时间内没收到对应的ACK，就认为数据包丢失，会重新发送。        
③序列号与确认号：每个字节的数据都会被分配一个序列号。
ACK号告诉发送方“我期望收到的下一个数据的序列号是多少”，这样既能确认接收，也能保证顺序。
3.面向字节流：无明确边界、缓冲区积累数据会发生粘包问题
4.流量控制（滑动窗口）：防止发送方发送速度过快，导致接收方缓冲区溢出
实现机制：接收方在ACK包中通告自己的接收窗口大小，发送方根据这个窗口大小调整发送速率。
5.拥塞控制（21-图）：防止发送方发送速度过快，导致网络中间节点（如路由器）过载，引发网络瘫痪
实现机制：包括慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等算法。TCP 通过感知网络拥塞程度（如丢包）来动态调整自己的发送窗口。
（三）天气预报
1.预期结果：程序运行输入所要查询的地点，然后出现三个选项实时天气、未来天气、生活指数。
2.实现思路：Ubuntu中利用NOWapi服务器获取访问数据api地址，然后创建客户端利用TCP、IPV4协议分别访问实时天气，未来天气，生活指数api地址。
F12可以获取到信息，然后将api数据中appkey改用自己账号的即可。
如果账号到期可以用字符串数组搞一个欺骗行为，伪装为浏览器网址访问然后获取信息。
3.数据分割：strtok函数，先将字符串数组strcpy到另一个数组，然后每次分割后将原字符串再一次复制到使用的数组中，这样字符串数组就不会被破坏        
五、TCP与UDP对比
TCP（打电话）            UDP（广播）

连接             面向连接                无连接
可靠性            高可靠性                不可靠
数据传输            字节流（无可靠边界）        数据报（有边界的独立数据包）
速度                慢（延迟高、开销大）        块（延迟低、开销小）
头部大小            大（20-60字节）        小（8字节）
应用                HTTP、SMPT、FTP        视频会议
流量控制
拥塞控制（慢启动、拥塞避免）
六、UDP、聊天室
（一）UDP（用户数据报协议）
1.无连接：发送数据前不需要建立连接
2.尽最大努力交付：不保证数据包一定能到达接收方。如果因为网络原因丢失，UDP 协议本身不会负责重传
3.面向报文：应用程序交给 UDP 多长的报文，UDP 就原样发送，一次发送一个完整的报文，并保留这些边界
4.无拥塞控制：不管网络是否拥堵，UDP 都会以恒定的速率发送数据
①缺点是会加剧网络拥塞
②优点是不会因为拥塞而主动降低发送速率，延迟稳定
（二）UDP聊天室
1.预期结果：多个用户可以一起聊天，当用户加入/退出聊天室，聊天室每个成员都可以看到加入/退出用户的信息。
2.client
①使用socket函数接口并且建立客户端地址信息
②定义使用结构体和枚举，发送和接收直接用结构体。枚举用户状态（sigin、chat、quit），结构体（用户状态、用户昵称，用户消息）
③用户加入时：向服务器发送登录状态
④聊天过程：创建两个线程执行发送和接收服务器发送过来的消息
⑤退出时：通过发送线程，向服务器发送quit作为退出标志
3.server
①使用socket函数接口并且绑定服务器地址信息
②定义同样的结构体来接收信息。因为服务器需要向每个在线的客户端发送结构体信息，所以需要保存加入的客户端地址信息。这里则还需要定义一个结构体来存放地址信息和用户的状态。
③接收客户端发来的信息判断信息状态后执行操作。
a.服务器接收的客户端状态为sigin：发送信息给每一个在线的客户端（可以将存在的客户端信息存在链表（数组）里面，然后遍历链表判断状态，发给每一个在线的客户端），将自己的地址尾插法插入链表（发送之后插入可以不用判断自己）。
b.接收到的客户端信息为chat：发送消息给除自己之外的每一个客户端
c.接收到的客户端信息为quit：发送给除自己每个用户之后，删除这个用户所在链表节点
4.遇到的问题
①是什么：客户端定义的结构体全局变量msg，在主函数中输入msg.name，而在发送线程调用但msg.name没有被赋值。
②为什么：线程共享进程内存数据区，而定义的全局变量是他们俩共享的区域。
如果recv接收到服务端发来的msg，则原本进程中结构体msg整体会被覆盖
（我在recvfrom之前还bzero清除了结构体），所以导致sendto线程中msg.nsme没有值
③怎么办：先检查，因为当局者迷，所以找不出来。AI直接问了2个多小时为什么，分析不出来。
出去理发的时候，才想起来可不可以把这个客户端全部代码发给AI它能不能分析出来。
回来拍代码发给它，一下就找到原因了。
//定义一个专门保存msg.name的全局变量，在主函数赋值后，在sendto时每次将取出来赋值给msg.nsme
七、HTTP
（一）万维网
1.定义：是一个由无数个互相链接的文档（网页）和其他资源组成的全球性信息系统。这些资源通过超链接相互关联，并通过 URL 进行定位，利用 HTTP 协议进行访问。
2.万维网的三大基石：URL、HTTP、HTML
①URL（统一资源定位符）：它是互联网上每个资源（网页、图片、视频）的唯一地址
一般形式：协议://主机名：端口号/路径
②HTTP（超文本传输协议）：定义了客户端（浏览器）和服务器之间如何通信的规则
③HTML（超文本标记语言）：它是一种用于创建网页的标记语言，定义了网页的内容（文字、图片）和结构（标题、段落、列表）
核心：超链接：HTML 最革命性的特点是“超文本”，即包含超链接的文本。点击超链接可以跳转到另一个文档或资源，正是这些链接将全世界的网页编织成一张“网”。
④三者关系：URL 告诉你资源在哪里（地址），HTTP 告诉你如何获取它（交通规则），而 HTML 则是你获取到的资源本身的内容和结构，并且里面包含了更多的 URL（超链接），让你可以继续浏览。
3.工作方式（https://www.google.com）
①URL 解析：浏览器解析你输入的 URL
②DNS 查询：浏览器向 DNS 服务器查询 www.google.com对应的真实 IP 地址（如 142.251.42.206）
③建立 TCP 连接：浏览器与服务器的 IP 地址建立 TCP 连接（通常是 80 端口用于 HTTP，或 443 端口用于 HTTPS）。
④发送 HTTP 请求：浏览器通过已建立的连接，向服务器发送一个 HTTP GET 请求，请求目标URL对应的资源。
⑤服务器处理并返回响应：服务器收到请求，找到对应的资源（如 HTML 文件），然后打包成一个 HTTP 响应报文发回给浏览器。状态码通常是 200 OK。
⑥浏览器渲染：浏览器接收到响应后，开始解析 HTML 文件
⑦关闭连接：页面加载完成后，TCP 连接可能会被关闭或保持以供后续请求使用
（二）http（报文结构：起始行、头部字段和消息体）
1.HTTPS 不是一个新的协议，而是 HTTP over SSL/TLS。它在 HTTP 和 TCP 层之间加入了一个 SSL/TLS 加密层。
2.请求报文（cli-->ser）
GET /index.html HTTP/1.1          // 请求行（定义要对资源执行的操作/要访问的资源路径/HTTP 版本）
Host: www.example.com             // 头部字段开始
User-Agent: Mozilla/5.0...
Accept: text/html,application/xhtml+xml
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive        //申请一次通信好多次
// 空行（分隔头部和主体，表示头部结束）
// 消息体（通常GET请求没有主体）
3.响应报文（cli<--ser）
HTTP/1.1 200 OK                     // 状态行（HTTP版本、状态码、原因短语）
Content-Type: text/html; charset=utf-8  // 头部字段开始
Content-Length: 1234
Server: Apache/2.4.41 (Ubuntu)
Set-Cookie: sessionId=abc123; path=/
Date: Mon, 23 Oct 2023 05:30:00 GMT
Connection: keep-alive
// 空行
<!DOCTYPE html>                      // 消息体开始
<html>
<head><title>Example Page</title></head>
<body>...</body>
</html>