计算机网络简介

喜欢ヅ旅行 2022-06-06 08:40 324阅读 0赞

1. 计算机网络
    从覆盖范围分为：局域网(LAN)，城域网，广域网，英特网(互联网，Internet)
    2. 计算机网络分层结构：
        a. OSI/RM标准：
            i. 协议（Protocol）：参与通信的双方或者多方都要共同遵守的一些规则或标准，比如通信的流程，通信数据的格式等。
            ii. 应用层，处理网络应用
                1) HTTP：Hypertext Transfer Protocol超文本传输协议，端口80。B/S,C/S。
                    a) HTTP协议基于TCP协议，浏览器（Browser）和Web服务器(Web Server)之间的通信遵守的就是HTTP协议，浏览器就是客户端程序
                    B/S模式：浏览器+服务器（特殊的C/S模式）
                    C/S模式：客户端+服务器
                    b) HTTP特点：
                    1.支持客户/服务器模式
                    2.简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径
                    3.灵活：允许传输任意类型的数据对象。
                    4.无连接：限制每次连接只处理一个请求。
                    5.无状态：协议对于事务处理没有记忆能力。
                2) FTP：文件传输协议，端口是20。
                3) DNS：域名解析服务，提供域名到ip地址转换。
                4) SMTP：简单邮件传输协议。
            iii. 表示层，数据表示。
            iv. 会话层，主机间的通信。
            v. 传输层，端对端的连接。
                1) TCP（Transmission Control Protocol，控制传输协议）
                2) UDP( User Datagram protocal，控制数据报协议）
            vi. 网络层，寻址最短路径。
                1) IP层（Internet Protocol）：IP封装后给接口层。
                2) ICMP层（Internet Control Message Protocol）：可以回送报文，测试网络是否通畅。Ping。
            vii. 数据链路层，基本单位是帧，又分为介质访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）两个子层。
            viii. 物理层，二进制传输，基本单位是比特。
        b. TCP/IP标准：应用层，传输层，网络层，物理层
        TCP/IP标准是事实上的国际标准，而OSI/RM标准是理论上的国际标准。
    3. 计算机网络中的地址包括IP和Port
        a. IP地址：Internet Protocol Address，英特网协议地址，用来标识一台主机(上网设备)的地址
            IPv4地址记法：四段点分式 128.0.34.116
            IPv4地址使用32位存储表示，IPv6地址使用128位存储表示
            IP地址由网络号和主机号构成
            IP地址和子网掩码进行按位与运算得到的结果就是网络号
            默认网关：连接不同网络的桥梁
    
            DNS服务器：域名解析
            本地回环测试地址：127.x.x.x，为了方便在本机上测试网络通信程序
    
            私有IP地址：只能用于局域网，不能用于Internet
            10.x.x.x
            172.16.x.x - 172.31.x.x
            192.168.x.x
    
        b. 端口号：Port，用来唯一标识同一台主机中的不同网络通信程序，范围为0-65535，其中0-1024之间的端口号为熟知端口号，被一些知名常用的应用专用，所以我们自己开发的程序尽量不要使用这个范围的端口号，以免冲突，比如Web服务器通常使用80号端口等。
    4. 实现网络通信
        a. 套接字(socket)：插座，即网络接入点，相当于手机
        套接字有三种类型：
        1.流式套接字，用于TCP通信
        2.数据报式套接字，用于UDP通信
        3.原始套接字，用于基于IP协议的通信，较低层，用的较少
        b. 两种方式：
            i. TCP：Transport Control Protocol，传输控制协议，面向连接的，传输可靠，内部具有拥塞控制，超时重传，差错校验等机制，缺点是通信效率较低，开销较大。
                基于TCP协议通信的实现：基于C/S模式，即Client/Server模式，参与通信的双方是不对等的，分为客户端和服务器端，要单独实现。
                服务器在通信过程中处于被动的角色，通信是由客户端先主动发起的。
    
                TCP服务器的实现步骤：
                1.创建监听套接字，相当于买部手机
                2.绑定地址，相当于给手机上号办卡
                3.监听，相当于将手机设置为待机状态
                4.接收客户端连接请求，相当于接听来电
                5.收发数据，相当于互相通话
                6.断开连接，相当于通话结束挂机
                7.关闭监听套接字，相当于把手机关机或设置为飞行模式
    
                TCP客户端的实现步骤：
                1.创建套接字
                2.绑定地址(即显式绑定，可选的，如果不进行显式绑定或者显式绑定失败，在后面调用connect函数时，系统会随机挑选一个空闲的端口号给套接字绑定，这称为隐式绑定)
                3.连接服务器
                4.收发数据
                5.断开连接
    
                socket:
                #include <sys/types.h>
                #include <sys/socket.h>
    
                int socket(int domain,int type,int protocol);//领域，类型，协议
    
                #pragma pack(1)
    
            ii. UDP：User Datagram Protocol，用户数据报协议，无连接的，传输不可靠，尽力传输，传输效率高，开销很小，但容易出现丢包，失序，乱序，出错等问题。
                1) 广播地址：代表多台主机，分为网段广播地址和受限广播地址(255.255.255.255)
    5. 基于tcp协议通信中的粘包问题
        a. 现象：发送方连续多次调用send发送数据时，如果接受方调用recv接受数据时，如果提供的接受缓冲区足够大，那么可以一次性地将这些数据都接收到。
        b. 产生的原因：
            i. 发送方导致的粘包：TCP协议内部有一个优化机制（为了提升传输效率），当我们调用send时，tcp协议并不会立即将数据打包出去，而会等待一小段时间，如果在这段时间内我们再次调用send，它会将这两份数据打成一个数据包并继续等待，直到这小段时间内没有再次调用，则将网络发送缓冲区中的数据打成一个数据包发送出去。
            ii. 接收方导致的粘包：对方发送过来的数据包首先会进入网络接收缓冲区中等待我们调用recv区接收，如果我们有多个数据包发送过来，但是我们没有及时调用recv区接收，那么这些数据包会合在一起，当我们调用recv时，如果提供缓冲区足够大，会一次性地将他们都接收到。
            iii. 粘包问题的根本原因是系统为了提高传输效率导致的。
        c. 解决方案：
            i. 在数据的开头或结尾附上一些额外的信息，即加上包头和包尾，比如在包头附上即将发送数据的长度等信息，或者在包尾附上特殊数据，以表示该批数据已经发送完毕。
            ii. 应答式通信，即发送一份数据后等待对方的回复，收到正常回复后再发送下一份数据。
            iii. 增加连续发送数据的时间间隔（很草根的解决方案）。
            iv. 取消TCP协议内部的优化机制（调用setsocket函数实现，不是所有系统都支持这样做）
            int optval=1;
            setsockopt(sock,IPPROTO_TCP,TCP_NODELAY,&optval,sizeof(optval));

大量数据的发送和接收问题：不能通过调用一次send和recv搞定，要分多次进行  
TCP连接是通过三次握手建立的，断开连接是通过四次挥手实现的，即connect函数内部发生了三次握手的过程，close函数只是断开一半连接  
乱码问题产生的根源：编码和解码方案不一样  
编码转换操作：调用iconv族函数来实现

停止防火墙　　service iptables stop  
启动防火墙　　service iptables start  
查看防火墙配置 iptables -L -n

串行传输：逐位传输，即传输的是比特流，适用于长距离通信，线缆少，同步控制方便，但传输效率低  
并行传输：多位数据同时传输，只适用于短距离通信，线缆多，同步控制很麻烦，传输效率高