网络通常指的是计算机中的互联网,是由多台计算机通过网线或其他媒介相互链接组成的
学习网络编程就是要通过网络来访问另一台计算的数据,这样必然需要至少两台计算机,一台计算机上放着要分享的数据和用于分享数据的程序,另一台计算机上运行访问数据的程序,
我们把提供数据的一方称之为服务器(Server),把访问数据的一方称为客户端(Client)
电脑上要看视频就需要装看视频的程序.例如腾讯视频,它就是客户端程序,腾讯公司的机房里运行着腾讯视频的服务器程序,所以它也是C/S构架的程序,另外浏览器也可以访问服务器上的网页数据,称之为B/S,其本质上也是C/S只不过客户端是浏览器
两台计算机要想通讯,必须要具备两个基本要素
1.物理连接介质,包括网线,无线电,光纤等
2.通讯协议
1)物理连接介质
人类说话需要有空气来传播震动,眼睛要看东西需要有光来传播,没有空气,没有光,则无法沟通,(不要钻牛角尖,用手摸啥的...);光和空气就是物理介质,
什么是协议?
两个人要交流,必须说双方都能理解的语言,想象一下一个说新疆话的人打电话给说闽南语的人,基本说了等于没说 双方都能理解的语言就是,就是标准,就是协议
在计算机中,链接介质 通常是网线,网线本质就是一条电线,可以传播电流,而电流可以按照强弱,被理解为0和1
然而作为应用程序开发者,物理介质显然不是我们需要关心的,比如如何牵网线,
上图中最右边就是完整的七层模型,是最完整的通讯模型,虽然很详尽,但是整个通讯流程的复杂度较高,后期为了降低学习难度,将其进行了简化,于是又了中间的五层,和左边的四层
其中应用层,表示层和会话层都是属于应用程序层的,是一个整体,故将其合并为应用层,由此得到中间的五层,这是我们学习的重点
这样一来,只要你能听懂英语,会说英语,全世界的人都能通讯了
总结:OSI就是相当于计算机界的通用语言,只要按照OSI规定的标准来通讯,就能够与全世界任何一台所有计算机通讯
OSI各层工作原理解析
应用层,表示层,会话层都属于应用程序层面所以重点讨论简化后的五层;为了方便理解,从下往上
以太网协议(Ethernet)工作在数据链路层,其规定了电信号分组方式,以及一组电信号应该包含哪些内容ethernet规定如下:
一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧 ’ frame
每一数据帧分成:报头head和数据data两部分
head包含:(固定18个字节)
-
发送者/源地址,6个字节
-
接收者/目标地址,6个字节
-
数据类型(标签+以太类型),6个字节
data包含:(最短46字节,最长1500字节)
-
数据包的具体内容
head长度+data长度=最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送
mac地址:
ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡,发送端和接收端的地址便是指网卡的地址,即mac地址
mac地址:每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)
广播:
有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了
ethernet采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼
广播有什么问题吗?如果这个网络中有100台电脑,大家都在同一时间都在互相通讯,那是什么情况,
相当于村头挂着100个大喇叭,大家都在使劲喊,结果是要听清楚说的什么内容非常费劲儿
回到计算机中,100台电脑都在那儿广播,传输速度一定是有限的,严重浪费了网络资源
所以,处在局域网中间的设备即交换机(上图的中间那个小东西)
交换机不仅负责让网络中的计算机能够互相通信,还要优化网络传输,
如何优化呢?
当pc1想要与pc2通讯前
1.需要知道pc2的MAC地址,所以必须先将这个信息广播给所有的计算机,
2.这个信息必须先交给交换机,再由交换机广播出去,
3.pc2收到消息消息后发现目标MAC是自己,就回复数据给发送方,
4.而回复也必须先交给交换机,此时交换机就会记录pc2的MAC地址与网口号的对应关系存到自己的缓存中,
5.下一次在要给pc2发数据时从缓存中查找pc2的MAC地址,
6.如果找到了就直接单独给pc2发送,不在需要广播,
7.如果没有则重复之前的广播过程
这一优化功能称之为自动学习功能
第一次链接某计算机时 必须广播获取MAC地址
7.网络层
1.网络层由来:
2.以太网通讯存在的问题:
结论:必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是,如果是就采用广播的方式发送,如果不是,就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关;
IP协议是工作在网络层的协议,全称:Internet Protocol Address,翻译为互联网协议地址
3.2 子网掩码(了解)
什么是子网掩码
子网掩码是一个32位地址,用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识,并说明该IP地址是在局域网上,还是在远程网上。 它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.10.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。
为什么需要子网掩码
单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,无法辨识一个ip所处的子网 例:192.168.10.1与192.168.10.2并不能确定二者处于同一子网,因为不清楚哪些位表示网络号,哪些表示主机号
子网掩码如何判断两个ip是否属于同一个子网
知道”子网掩码”,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。
ip数据包也分为head和data部分,无须为ip包定义单独的栏位,直接放入以太网包的data部分
head:长度为20到60字节
data:最长为65,515字节。
而以太网数据包的”数据”部分,最长只有1500字节。因此,如果IP数据包超过了1500字节,它就需要分割成几个以太网数据帧,分开发送了。
3.4 ARP协议(了解)
arp协议功能:广播的方式发送数据包,获取目标主机的mac地址
首先明确每台主机ip都是已知的,并可以通过子网掩码来判断是否属于同一子网
8.传输层(重点)
传输层的由来:
通过物理层简历链接通道
通过数据链路层的MAC,可以定位到某个局域网中的某台主机,
通过网络层的IP地址,子网掩码,可以定位到全球范围某一局域网下的某台主机
那么问题来了:
一台计算机上是不可能只运行一个应用程序的,比如同时登陆qq和微信,那接收到的数据到底是交给微信还是qq呢?
答案就是:端口号,端口是需要联网的应用程序与网卡关联的编号
传输层功能:建立端口到端口的通信
补充:端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口
TCP与UDP是工作在传输层的协议:
TCP协议
可靠传输,TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。TCP之所以可靠,是因为在传输数据前需要三次握手确认建立链接
三次握手的过程实际上实在确认我发的你能收到,你发的我也能收到,从而保证数据传输的的可靠性,
链接是一个虚拟的概念,不实际存在,只要三次握手成功即表示连接建立成功!
问题是三次握手时的确能保障数据传输是可靠的,那么握手后的数据要如何保证传输成功呢?
TCP协议要求在发送数据后,必须接收到对方的回复信息才能确认数据成功发送,如果一段时内没有收到回复信息,会自动重新发送,如果重试的次数过多则表示链接可能已经中断!
四次挥手:四次挥手的目的是保证双方的数据传输已经全部完成,同样是为了保证数据的完整性
总结
其优点很明显:能够保证数据传输是完整的
场景:多用于必须保证数据完整性的场景,例如文本信息,支付信息等!
不可靠传输,”报头”部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。
优点:由于不需要传输确认信息,所以传输效率高于TCP协议
缺点:传输数据可能不完整
场景:视频聊天,语音聊天等,不要求数据完整性,但是对传输速度要求较高
五.应用层
应用层由来:用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开放的,大家都可以开发自己的应用程序,用什么样的数据格式来传输,就需要由应用程序开发者自己来制定,应用层功能:规定应用程序的数据格式。
例:TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如SMTPl、HTTP、FTP等等。那么,必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式,这些应用程序协议就构成了”应用层”。