網絡編程（計算機網絡基礎）

認識網絡

1.網絡發展史

ARPnetA(阿帕網)->internet(因特網)->移動互聯網->物聯網

2.局域網與廣域網

局域網

概念：的縮寫是LAN（local area network），顧名思義，是個本地的網絡，只能實現小范圍短距離的網絡通信。我們的家庭網絡是典型的局域網。電腦、手機、電視、智能音箱、智能插座都連在路由器上，可以互相通信。

廣域網

概念：廣域網是相對于局域網來講的，局域網傳輸距離比較近，只能是一個小范圍的，如果需要長距離的傳輸，局域網是無法架設的。比如你在的公司總部在北京，三個分部分別在上海，深圳，成都，局域網明顯是無法實現的。

實現方式：通過因特網（寬帶連接，便宜）

? ? ? ? ? ? ? ? ? 通過廣域專線（安全，使用一條自己的專用線路來傳輸數據，不允許別的設備接入）

3.光貓（了解）

概念：光貓是一種類似于基帶modem（數字調制解調器）的設備，和基帶modem不同的是接入的是光纖專線，是光信號。用于廣域網中光電信號的轉換和接口協議的轉換，接入路由器，是廣域網接入。

光貓的作用：將光（模擬）信號轉化為數字信號

早期應用：電話線

現在應用：光纖

4.路由器?

概念（作用）：用于連接局域網和外網

前面說了你的設備可以連接路由器來通信，你在你家這個區域設備之間連接在一起，但是你還要和外界通信，路由器就是把你家庭這個區域的網絡和外部網絡連接，你就能通過路由器提供的網絡和外部聯系。

路由器需要區分WAN口和LAN口，WAN口是接外網的（從Modem出來的或者從上一級路由器出來的），LAN口是接內網的，現在路由器都帶無線功能，本質上無線接入就是LAN。

5.交換機與路由器

交換機：用于局域網內網的數據轉發（就是處理數據，像一個物流中心，管理貨物（數據）運輸）

路由器：用于連接局域網和外網，也能進行數據轉發

注：現在大部分路由器都有有交換機的功能；

???????但是交換機沒有IP分配和IP尋址的功能，所以交換機沒有路由器的功能。

6.網線

網線就是數據傳輸的通路（就像道路一樣）

IP地址

1.基本概念

什么是IP地址

（1）IP地址是Internet中主機的標識（主機的身份證，如果有人要我給你送一個蘋果（數據），你沒有身份證，你怎么證明你是我要找的人）

（2）Internet中的主機要與別的機器通信必須具有一個IP地址

（3）IP地址為32位（IPv4）或者128位（IPv6）

（4）IPV4表示形式：常用點分十進制形式，如202.38.64.10，最后都會轉換為一個32位的無符號整數。

補充知識：

NAT設備（網絡地址轉換）

功能：NAT設備的主要功能是將內部私有IP地址轉換為公共IP地址，或反向操作，以便在局域網和外部網絡（如互聯網）之間進行通信。

工作原理：

當局域網內的設備訪問互聯網時，NAT設備記錄設備的內部IP地址和源端口，并用公共IP地址替換。

響應的流量也會經過NAT設備，NAT通過記錄的映射關系將數據包發送回正確的內部設備。

作用對象：NAT設備用于管理與外部網絡（如互聯網）的通信，通常作為路由器的一部分。

DHCP服務器（動態主機配置協議）

功能：DHCP服務器的主要任務是自動分配IP地址、子網掩碼、默認網關和DNS服務器ip等網絡配置給網絡中的設備（客戶端），簡化網絡管理。

工作原理：

當一個設備（如電腦或手機）首次連接到網絡時，它會發送一個DHCP請求。

DHCP服務器接收到請求后，從預設的IP地址池中分配一個可用的IP地址，并返回給客戶端。

作用對象：DHCP服務器專注于局域網內部的IP地址管理。

2.網絡號/主機號(二級劃分)

IP地址的組成：網絡號+主機號

網絡號：是一個局域網的標志，表示這個主機所屬的網段（局域網）

主機號：標識在本網段內的ID，同一局域網不能重復（相當于你的主機在這個局域網范圍內的編號）

不同的局域網網絡號是不一樣的，主機號可能和別的局域網內的主機一樣但是組合在一起的IP地址就不會一樣，就像你的身份證，你的所屬地編號可能有很多人和你一樣，但是后面哈有出生年日期和男女標識以及分配順序，這就決定了你的身份唯一性，但是又能找出很多同一性（所屬地等等）。

3.IP地址分類

IP地址分類

各個類的范圍：

A類：1.0.0.1~126.255.255.254

B類：128.0.0.1~~191.255.255.254

C類：192.0.0.1~~223.255.255.254

D類（組播地址）：224.0.0.1~~239.255.255.254

E類:240.0.0.1~~247.255.255.254

特殊的IP地址

0.0.0.0：在服務器中，0.0.0.0指的是本機上的所有IPV4地址，如果一個主機有兩個IP地址，192.168.1.1 和 10.1.2.1，并且該主機上的一個服務監聽的地址是0.0.0.0,那么通過兩個ip地址都能夠訪問該服務

127.0.0.1：回環地址/環路地址，所有發往該類地址的數據包都應該被loop back（Loopback通常指網絡或系統中的一種自我測試機制，允許信號或數據從輸出端返回到輸入端而不經過外部設備。常見于網絡協議、音頻接口、軟件開發等領域）。

網絡地址: 每一個網段主機號為0的地址; 如:192.168.50.222-->192.168.50.0 它是網絡中的一個特殊地址，不能被分配給任何具體的主機（主機號為0）

廣播地址: 主機號最大的地址是該網段的廣播地址如：192.168.50.222的廣播地址是192.168.50.255

全網廣播地址：255.255.255.255

終端輸入ifconfig可以查看自己當前設備的網絡配置信息（包含IPV4,子網掩碼,廣播地址等）

4 子網掩碼

子網掩碼：（1）是一個32位的整數，作用是將某一個IP劃分成網絡地址和主機地址；

? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）子網掩碼長度是和IP地址長度完全一樣；

特點：網絡號全為1，主機號全為0；

公式：網絡地址=IP & MASK（子網掩碼）

???????????主機地址= IP& ~MASK（子網掩碼取反）

5.三級劃分

作用: 重新劃分網絡號和主機號 , 也就是重新組網 , 從而提高資源利用率

二級劃分 IP ：IP地址= 網絡號 + 主機號（把IP地址分為兩個部分）

三級劃分 IP ：IP地址= 網絡號 + 子網號 + 主機號(把IP地址分為三個部分，把主機號分為子網號和主機號)

練習：

1.B類地址的子網掩碼怎么寫？????????????????????????????????????????255.255.0.0

2.一個IP地址為192.168.3.183，計算其網絡號與主機號

子網掩碼：255.255.255.0 網絡號：192.168.3.0 主機號：0.0.0.183

3.B類地址，同一網段最多可以連接多少個主機？????????????2^16-2(去掉網絡地址和廣播地址)

4.如果有800臺電腦, 在不浪費ip情況下, 選用哪個網段????B

5.某公司有四個部門：行政、研發1、研發2、營銷，每個部門各50臺計算機接入公司局域網，如果要在192.168.1.0網段為每個部門劃分子網，子網掩碼應該怎么設置，每個子網的地址范圍分別是什么？

分析：首先確定使用第幾類IP地址合適，要求能表示兩百臺計算機，資源利用率越高越好；這里還要求我們把主機號分為子網號和主機號，子網號來表示部門，主機號才表示各個電腦；再確定子網號應該使用幾位，兩位就夠了，00，01，10，11，這個時候我們就確定了IP地址應該是網絡號（已有）+子網號（四個部門）+主機號；A類主機號十六位，十六位減去兩位子網號是14位，太多了，資源浪費，能不能再少點，B類八位主機號減去兩位子網號是六位，2的六次方是64，可以容下一部門五十個人，所以選擇B類IP地址。

確定格式：網絡號（16位）+子網號（2位）+主機號（6位）

答案：

行政：? ?192.168.1.00 00 0000~00 11 1111? =?192.168.1.0~~192.168.1.63

研發一：192.168.1.01 00 0000~01 11 1111?=?192.168.1.64~~192.168.1.127

研發二：192.168.1.10 00 0000~10 11 1111?= 192.168.1.128~~192.168.1.191

營銷：? ? 192.168.1.11 00 0000~11 11 1111 = 192.168.1.192~~192.168.1.255

子網掩碼：255.255.255.11 00 0000 = 255.255.255.192

網絡模型

1.網絡的體系結構

網絡采用分而治之的方法設計，將網絡的功能劃分為不同的模塊，以分層的形式有機組合在一起。每層實現不同的功能，其內部實現方法對外部其他層次來說是透明的。每層向上層提供服務，同時使用下層提供的服務

網絡體系結構即指網絡的層次結構和每層所使用協議的集合

兩類非常重要的體系結構：OSI與TCP/IP

2.OSI模型（ISO國際標準化組織）

OSI模型是最理想的模型，適用于教學和理解，一般不使用這種但是要記住。

應用層：指定特定應用的協議，文件傳輸，文件管理，電子郵件等。

表示層：確保一個系統應用層發送的消息可以被另一個系統的應用層讀取，編碼轉換，數據解析，管理數據加密，解密；

會話層：通信管理，負責建立或者斷開通信連接

傳輸層：端口號，數據傳輸到具體那個進程程序（端到端）

網絡層：路由器中是有算法的，ip，（主機到主機）（路由的轉發）

鏈路層：格式變為幀（把數據分成包，一幀一幀的數據進行發送）

物理層：傳輸的是bit流(0與1一樣的數據)，物理信號，沒有格式

3.TCP/IP模型（規范）

應用層：應用協議和應用程序的集合

傳輸層：決定數據交給機器的哪個任務（進程）去處理，通過端口尋址

（進程一定有進程號，不一定有端口號，端口號只有在進行網絡通信才有）

網絡層：提供設備到設備的傳輸，可以理解為通過IP尋址機器。

網絡接口和物理層：屏蔽硬件差異（驅動），向上層提供統一的操作接口

OSI和TCP/IP模型對應關系圖

?4.常見協議

應用層：

SSH:加密協議

telnet：遠程登錄協議

FTP：文件傳輸協議

HTTP：超文本傳輸協議

DNS：域名解析協議（將人類易于記憶的域名（如www.baidu.com）轉換為計算機使用的IP地址（如192.0.2.1））

SMTP/POP3：郵件傳輸協議

傳輸層：

TCP：傳輸控制協議

UDP：用戶數據報協議

網絡層:

IP(IPV4/IPV6):網間互連的協議

ICMP：網絡控制管理協議，ping命令使用

IGMP：網絡分組管理協議，廣播和組播使用

ARP：地址解析協議 IP-->MAC

RARP:反向地址轉換協議 MAC-->IP

網絡接口和物理層:

ppp：點對點協議

Ethernet:是一種常見的局域網技術，使用MAC地址進行幀的傳輸和接收

Wi-Fi:用于無線局域網的數據傳輸，通常基于IEEE 802.11標準

1.DNS

由于使用IP地址來指定計算機不方便人們記憶，且輸入時候容易出錯，用字符標識網絡中計算機名稱方法。

這種命名方法就像每個人的名字，這就是域名（Domian Name ）

域名服務器（Domain Name server）：用來處理IP地址和域名之間的轉換。

域名系統（Domain Name System，DNS）：域名翻譯成IP地址的軟件DNS

域名結構:

例如域名 www.baidu.com.cn 從右向左看:

1.cn為高級域名，也叫一級域名，它通常分配給主干節點，取值為國家名，cn代表中國

2.com為網絡名，屬于二級域名，它通常表示組織或部門

中國互聯網二級域名共40個，edu表示教育部門，com表示商業部門，gov表示政府，軍隊mil等等

3.baidu為機構名，在此為三級域名，表示百度

4.www：萬維網world wide web，也叫環球信息網，是一種特殊的信息結構框架。

DNS工作流程:

DNS黑客技術:

2.TPC與UDP:

相同點：

UDP TCP 協議都存在于傳輸層，全雙工通信

不同點：

TPC（傳輸控制協議）：

1.全雙工通信、面向連接、可靠

2.是一種面向連接的傳輸層協議，它能提供高可靠性通信(即數據無誤、數據無丟失、數據無失序、數據無重復到達的通信)。

3.適用場景：

（1）發送小尺寸數據（如對DNS服務器進行IP地址查詢時）

（2）適合于廣播/組播式通信中。

（3）MSN/QQ/Skype等即時通訊軟件的點對點文本通訊以及音視頻通訊通常采用UDP協議

4.高可靠原因：

（1）?三次握手、四次揮手? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

（2）序列號和應答機制? ? ? ? ? ? ? ??

（3）超時，錯誤重傳機制? ? ? ? ? ? ? ? ??

（4）擁塞控制、流量控制(滑動窗口)

UDP（用戶數據報協議）：

1.全雙工通信、面向無連接、不可靠；因為在數據發送前不需要進行連接，所以可以進行高效率的數據傳輸，但是容易丟失數據。

2.適用場景：

（1）發送小尺寸數據（如對DNS服務器進行IP地址查詢時）

（2）適合于廣播/組播式通信中。

（3）MSN/QQ/Skype等即時通訊軟件的點對點文本通訊以及音視頻通訊通常采用UDP協議

5.常用網絡調試命令

1.ping:用來網絡聯通測試（使用多）

作用：

（1）用來檢測網絡的連通情況和分析網絡速度；

（2）根據域名得到服務器IP；

（3）根據ping返回的TTL值來判斷對方所使用的操作系統及數據包經過路由器數量。

參數：

字節：數據包大小

時間：響應時間，時間越小證明你鏈接這個地址的速度越快

TTL：Time To Live，從源到目的，每經過一個路由器，TTL減一，當TTL=0，包丟失

2.ifconfig:查看網絡接口信息

參數：

ens33：網卡名稱

????????en：Ethernet

????????s：表示熱插拔插槽上的設備

????????33：插槽編號

lo：回環網卡

其他命令：

格式

含義

ifconfig 具體網卡名稱

只顯示具體網卡的詳細信息（無論是否啟用）

ifconfig -a

表示顯示所有網卡包括沒有啟動的網卡

ifconfig 網卡名稱 up/down

表示開啟或關閉網卡

ifconfig 網絡接口 IP地址[/子網掩碼長度]

新建臨時IP地址（添加一塊虛擬網卡）

ifconfig -s

查看通訊情況

手機調試工具

應用市場搜全能調試。

套接字：socket

1.什么是套接字

1.是一個編程接口

2.是一種特殊的文件描述符 (everything in Unix is a file)

3.socket是一種通信機制，并不僅限于TCP/IP協議

4.面向連接 (Transmission Control Protocol - TCP/IP)

5.無連接 (User Datagram Protocol -UDP 和 Inter-network Packet Exchange - IPX)

2.為什么需要socket？

1.普通的I/O操作過程：打開文件-＞讀/寫操作-＞關閉文件

2.TCP/IP協議被集成到操作系統的內核中，引入了新型的“I/O”操作 ----->進行網絡通信的兩個進程在不同的機器上，如何連接？網絡協議具有多樣性，如何進行統一的操作 ?

需要一種通用的網絡編程接口：Socket（像一個插排線，將兩個進程連接）

3.?socket類型

1.流式套接字(SOCK_STREAM) ---> TCP

提供了一個面向連接、可靠的數據傳輸服務，數據無差錯、無重復的發送且按發送順序接收。內設置流量控制，避免數據流淹沒慢的接收方。數據被看作是字節流。

2.數據報套接字(SOCK_DGRAM) --> UDP

提供無連接服務。數據包以獨立數據包的形式被發送，不提供無差錯保證，數據可能丟失或重復，順序發送可能亂序接收。

3.原始套接字(SOCK_RAW)

可以對較低層次協議如IP、ICMP直接訪問，還有一些ping命令

4. 位置

在應用層和數字鏈路層與物理層之間

端口號

概念：

1.為了區分一臺主機接收到的數據包應該轉交給哪個進程來進行處理，使用端口號來區分

2.TCP端口號與UDP端口號獨立（UDP port為8888，TCP port也可為8888 ）

3.端口號一般由IANA (Internet Assigned Numbers Authority) 管理

4.端口用兩個字節來表示

分類：

（1）眾所周知端口：（被占用：1~1023（1~255之間為眾所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系統占用）)

（2）已登記端口：1024~49151(可用來建立與其它主機的會話)

（3）動態或私有端口：49152~65535 （固定某些服務使用）

字節序

1.字節序: 不同類型的ｃｐｕ主機，內存存儲大于一個字節類型的數據在內存中的存放順序。

2.浮點類型，字符類型，字符串沒有字節序

3.分類：

????????小端序（little-endian） - 低序字節存儲在低地址 (主機字節序)

????????大端序（big-endian）- 高序字節存儲在低地址 (網絡字節序)

網絡中傳輸的數據必須使用網絡字節序，即大端字節序

終端顯示的數據必須是主機字節序，即小端字節序

大小端口轉換

主機字節序轉換為網絡字節序（小端序->大端序）

u_long htonl (u_long hostlong); //host to network long

u_short htons (u_short short); //掌握這個

網絡字節序轉換為主機字節序（大端序->小端序）

u_long ntohl (u_long hostlong);

u_short ntohs (u_short short);

主機字節序轉換為網絡字節序（小端序->大端序）

in_addr_t inet_addr(const char *strptr); //該參數是字符串 typedef uint32_t in_addr_t; struct in_addr { in_addr_t s_addr; };

功能: 主機字節序轉為網絡字節序

參數: const char *strptr: 字符串

返回值: 返回一個無符號長整型數(無符號32位整數用十六進制表示), 否則NULL

網絡字節序轉換為主機字節序（大端序->小端序）

char *inet_ntoa(stuct in_addr inaddr);

功能: 將網絡字節序二進制地址轉換成主機字節序。

參數: stuct in_addr in addr : 只需傳入一個結構體變量

返回值: 返回一個字符指針, 否則NULL;

格式	含義
ifconfig 具體網卡名稱	只顯示具體網卡的詳細信息（無論是否啟用）
ifconfig -a	表示顯示所有網卡包括沒有啟動的網卡
ifconfig 網卡名稱 up/down	表示開啟或關閉網卡
ifconfig 網絡接口 IP地址[/子網掩碼長度]	新建臨時IP地址（添加一塊虛擬網卡）
ifconfig -s	查看通訊情況