• 网络编程(一)--网络编程介绍


    一、客户端与服务端架构

    1.硬件C/S架构(打印机)

    2.软件C/S架构

      互联网中处处是C/S架构

      如网站是服务端,你的浏览器是客户端(B/S架构也是C/S架构的一种)

    二、服务端需要遵循的的原则

    (1)服务端与客户端都需要有唯一的地址,但是服务端的地址必须固定/绑定
    (2)对外一直提供服务,稳定运行
    (3) 服务端应该支持并发

    三、网络

    1、网络建立的目的是数据交互(通信)
    2、如何实现通信:
    (1)建立好底层的物理连接介质
    (2)有一套统一的通信标准,称之为互联网协议

    四、osi七层协议(TCP/IP五层协议/TCP/IP四层协议)

    每层运行常见物理设备

    五、TCP/IP五层协议

    1、物理层

    物理层功能:主要是基于电器特性发送高低电压(电信号),高电压对应数字1,低电压对应数字0

    2、数据链路层

    (1)数据链路层的功能:定义了电信号的分组方式

    (2)以太网协议

    早期的时候各个公司都有自己的分组方式,后来形成了统一的标准,即以太网协议ethernet

    ethernet规定

    • 一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧’
    • 每一数据帧分成:报头head和数据data两部分
           head                        data                             

    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,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

    (3)mac地址

    • head中包含的源和目标地址由来: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)

    (4)广播

    • 有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了(一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址)
    • 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

    3、网络层

    网络层功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址

    (1)IP协议

    • 规定网络地址的协议叫ip协议,它定义的地址称之为ip地址,广泛采用的v4版本即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示
    • 范围0.0.0.0-255.255.255.255
    • 一个ip地址通常写成四段十进制数,例:172.16.10.1

    (2)IP地址分为两部分

    • 网络部分:标识子网
    • 主机部分:标识主机

         注意:单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

    (3)子网掩码

    所谓”子网掩码”,就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,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。

    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。

      通过IP地址和子网掩码,按位与运算,就可知道两个IP是否在同一个子网中

    (4)IP数据包

    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

    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包,分开发送了。

    以太网头                ip 头                                     ip数据                                

     

    (5)ARP协议

    • 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
    • 协议工作方式:每台主机ip都是已知的

     例如:主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

    ①:首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网

    场景 数据包地址
    同一子网 目标主机mac,目标主机ip
    不同子网 网关mac,目标主机ip

    ②:分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络,那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

      源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
    发送端主机 发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

    ③:这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输,所有主机接收后拆开包,发现目标ip为自己的,就响应,返回自己的mac

    4、传输层

    传输层功能:建立端口到端口的通信

    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。

    只要发送了请求,服务器就会接收,响应并返回信息

    以太网头 ip 头               tcp头               数据                                                    

    udp协议:

    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。

    只管发送请求,并不管服务端是否接受响应

    以太网头 ip头                      udp头                            数据                                           

     

    5、应用层

    (1)应用层功能:规定应用程序的数据格式

    (2)TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如Email、WWW、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”。

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