一.ip

1.ip的定義

????????IP是“Internet Protocol”的縮寫，即“互聯網協議”。它是用于計算機網絡通信的基礎協議之一，屬于TCP/IP協議族中的網絡層協議。IP協議的主要功能是負責將數據包從源主機傳輸到目標主機，并確保數據能夠在復雜的網絡環境中正確地路由和轉發。

2.ip地址

????????IP地址是IP協議的核心組成部分，它是一個用于唯一標識網絡設備（如計算機、服務器、路由器等）的地址。IP地址分為兩種主要版本：

（1）IPv4（Internet Protocol version 4）

• 格式：IPv4地址是一個32位的二進制數，通常以點分十進制格式表示，例如：192.168.1.1。

• 地址范圍：IPv4地址的范圍是從0.0.0.0到255.255.255.255。

• 分類：

  • A類地址：范圍是1.0.0.0到126.0.0.0，默認子網掩碼為255.0.0.0。

  • B類地址：范圍是128.0.0.0到191.255.0.0，默認子網掩碼為255.255.0.0。

  • C類地址：范圍是192.0.0.0到223.255.255.0，默認子網掩碼為255.255.255.0。

  • D類地址：范圍是224.0.0.0到239.255.255.255，用于多播（組播）。

  • E類地址：范圍是240.0.0.0到255.255.255.255，目前保留未使用。

• 特點：IPv4地址數量有限（約43億個），隨著互聯網的快速發展，IPv4地址逐漸耗盡。

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ip4里面的子網掩碼是什么？

子網掩碼將ip地址劃分為網絡部分和本地部分，幫網絡設備確定ip地址所屬的子網。子網通過其二進制形式中的“1”和“0”來區分這兩個部分。

• 網絡部分：子網掩碼中為“1”的部分表示IP地址的網絡部分，用于標識網絡。

• 主機部分：子網掩碼中為“0”的部分表示IP地址的主機部分，用于標識網絡中的設備。

子網掩碼的分類

根據IPv4地址的分類（A、B、C類），默認子網掩碼如下：

• A類地址：默認子網掩碼為 255.0.0.0，表示前8位為網絡部分，后24位為主機部分。

• B類地址：默認子網掩碼為 255.255.0.0，表示前16位為網絡部分，后16位為主機部分。

• C類地址：默認子網掩碼為 255.255.255.0，表示前24位為網絡部分，后8位為主機部分。

（2）IPv6（Internet Protocol version 6）

• 格式：IPv6地址是一個128位的二進制數，通常以冒號分隔的十六進制格式表示，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

• 特點：

  • 提供了幾乎無限的地址空間（約3.4×103?個地址），解決了IPv4地址不足的問題。

  • 支持更高效的路由和自動配置功能。

  • 內置了更好的安全性（如IPsec）。

• 推廣現狀：盡管IPv6已經存在多年，但由于兼容性和成本問題，目前全球范圍內的IPv6普及率仍在逐步提高。

（3）特殊的地址 127.0.0.01

??127.0.0.1是IPv4協議中保留的本地回環地址（Loopback Address）。它被用于標識本機上的網絡服務，主要用于測試和調試網絡程序。

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那么為什么我一定要用這個ip地址呢？用別的地址不行嗎？

????????使用127.0.0.1有其特定的優勢和必要性。127.0.0.1是一個特殊的回環地址，用于本地通信，可以避免網絡沖突和配置問題，確保測試環境的一致性和隔離性。因此，推薦使用127.0.0.1進行本地調試和測試。

二.?端口

1.端口的定義

????????端口是一個16位的數字，范圍從0到65535。它用于標識應用程序或服務在某個IP地址上的具體位置。每個IP地址可以有多個端口，每個端口可以運行不同的應用程序或服務。

2.端口的分類

端口可以分為以下幾類：

（1）系統端口（0-1023）

這些端口通常由系統或操作系統保留，用于運行系統服務和關鍵應用程序。例如：

• 端口80：用于HTTP協議，提供網頁訪問服務。

• 端口443：用于HTTPS協議，提供安全的網頁訪問服務。

• 端口21：用于FTP協議，提供文件傳輸服務。

• 端口25：用于SMTP協議，提供電子郵件服務。

（2）?用戶端口（1024-49151）

這些端口可以由用戶自定義或由應用程序使用。許多應用程序會使用這些端口進行網絡通信。例如：

• 端口3306：用于MySQL數據庫服務。

• 端口5432：用于PostgreSQL數據庫服務。

（3）動態端口（49152-65535）

這些端口通常由操作系統動態分配，用于臨時通信。例如，當你使用瀏覽器訪問一個網頁時，瀏覽器會從這些端口中選擇一個臨時端口作為通信的源端口。

三.通訊接口

1.通訊接口的定義

• 通訊接口是一個實現通訊協議的接口，使得不同設備或應用程序能夠按照協議的規定進行通信。

• 通訊接口可以是軟件接口（如API、庫）或硬件接口（如USB、RS-232）。

軟件接口和硬件接口之間有什么關系呢？

為什么會有軟件接口和硬件接口？-CSDN博客

?2.通訊接口分類

• 軟件接口：如Socket、Snap7、Modbus-TCP等。

• 硬件接口：如USB、RS-232、RS-485等。

3.接口Snap7和Socket

（1）Snap7

• 定義：

  • Snap7 是一個用于與西門子 S7 系列 PLC（可編程邏輯控制器）進行通信的開源庫。它提供了與 PLC 設備進行數據交換的接口。

• 接口類型：

  • PLC 接口：Snap7 主要用于與 PLC 設備進行通信，因此可以被視為一種 PLC 接口。

  • 軟件接口：Snap7 提供了軟件接口，允許開發者通過編程與 PLC 設備進行通信。

• 作用：

  • 提供了與西門子 PLC 設備進行高效、可靠通信的接口，適用于工業自動化領域。

（2）Socket

• 定義：

  • Socket 是計算機網絡中的一種通用通信接口，可以用于實現網絡通信。它提供了與網絡中其他設備或應用程序進行數據交換的接口。

• 接口類型：

  • 計算機軟件接口：Socket 是計算機網絡中的一種通用接口，適用于各種網絡應用。

• 作用：

  • 提供了網絡通信的接口，使得不同設備或應用程序之間可以進行數據傳輸，適用于多種網絡通信場景。

四.通訊協議

1.通訊協議的定義

• 通訊協議是一組規則和標準，用于定義兩個或多個通信實體（如設備、應用程序）之間如何進行信息交換。

• 協議規定了通信的內容、格式、順序以及錯誤處理等細節。

2.通訊協議分類

• 網絡協議：如TCP/IP、UDP、HTTP、FTP等。

• 工業協議：如Modbus、Profibus、Profinet、S7等。

• 應用層協議：如HTTP、HTTPS、SMTP、POP3等。

可是為什么會有這么多通訊協議的分類呢？

因為通訊協議的多樣性是由于不同的應用場景、歷史背景和技術發展導致的。

通訊協議的分類及原因-CSDN博客

五.UDP和TCP

• UDP

  • 定義：UDP是一種無連接的傳輸層協議，它不提供可靠的數據傳輸服務，也不保證數據能夠成功到達接收方。它在發送數據前不需要與接收方建立連接，發送數據后也不會等待接收方的確認。

  • 特點：UDP協議簡單高效，適用于實時性要求較高的應用場景，如視頻會議、在線游戲等。

• TCP

  • 定義：TCP是一種面向連接的傳輸層協議，它在發送數據前需要與接收方建立可靠的連接。TCP通過三次握手（SYN、ACK、SYN-ACK）來建立連接，通過四次揮手（FIN、ACK、FIN-ACK）來斷開連接。

  • 特點：TCP提供可靠的數據傳輸服務，能夠保證數據的按序到達和完整性。它適用于對數據可靠性要求較高的場景，如文件傳輸、電子郵件等。

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協議的比較與區別

協議	UDP	TCP
連接類型	無連接	面向連接
可靠性	不可靠，不保證數據到達	可靠，保證數據按序到達
速度	較快，無連接開銷	較慢，有連接和確認開銷
頭部開銷	較小，8字節	較大，通常20-60字節
應用場景	實時性要求高的場景（如視頻會議、在線游戲）	數據可靠性要求高的場景（如文件傳輸、電子郵件）
傳輸方式	以數據報為單位，無連接	以字節流為單位，面向連接
擁塞控制	無擁塞控制	有擁塞控制

協議的報文格式和字段含義

• UDP 報文格式

  • 首部：8字節，包含以下字段：

    • 源端口：2字節，發送方的端口號。

    • 目的端口：2字節，接收方的端口號。

    • 長度：2字節，UDP用戶數據報的總長度（包括首部和數據）。

    • 校驗和：2字節，用于檢測UDP用戶數據報在傳輸過程中是否有錯誤。

  • 數據區：存放實際要傳輸的數據。

• TCP 報文格式

  • 首部：通常20-60字節，包含以下字段：

    • 源端口：2字節，發送方的端口號。

    • 目的端口：2字節，接收方的端口號。

    • 序號：4字節，用于標識TCP報文段的順序。

    • 確認號：4字節，用于確認接收到的報文段。

    • 首部長度：1字節，標識TCP首部的長度。

    • 標志位：6位，用于控制TCP連接的狀態（如SYN、ACK、FIN等）。

    • 窗口大小：2字節，用于流量控制。

    • 校驗和：2字節，用于檢測TCP報文段在傳輸過程中是否有錯誤。

    • 緊急指針：2字節，用于緊急數據的傳輸。

  • 數據區：存放實際要傳輸的數據。

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協議的使用方式和編程示例

• UDP 編程示例

  Python復制

  import socket# 創建UDP套接字
  udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# 綁定端口
  udp_socket.bind(('localhost', 12345))# 發送數據
  udp_socket.sendto(b'Hello, UDP!', ('localhost', 12346))# 接收數據
  data, addr = udp_socket.recvfrom(1024)
  print(f"Received from {addr}: {data.decode()}")# 關閉套接字
  udp_socket.close()

• TCP 編程示例

  Python復制

  import socket# 創建TCP套接字
  tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 綁定端口
  tcp_socket.bind(('localhost', 12345))# 監聽連接
  tcp_socket.listen(5)# 接受連接
  conn, addr = tcp_socket.accept()
  print(f"Connected by {addr}")# 發送數據
  conn.sendall(b'Hello, TCP!')# 接收數據
  data = conn.recv(1024)
  print(f"Received from {addr}: {data.decode()}")# 關閉連接
  conn.close()
  tcp_socket.close()