1.12号网络

1 网络发展历史

1.1 APRAnet阶段

阿帕网，是Interne的最早雏形

不能互联不同类型的计算机和不同类型的操作系统

没有纠错功能

1.2 TCP/IP两个协议阶段

什么是协议

在计算机网络中，要做到有条不紊的交换数据，需要遵循一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准和约定称为网络协议

TCP/IP协议分成了两个不同的协议：

用来检测网络传输中差错的传输控制协议TCP

专门负责对不同网络进行互联的互联网协议IP

1.3网络体系结构及OSI开放系统系统互联模型

1.3.1 网络体系结构概念

1.3.2 OSI开放系统互联模型

OSI是有 ISO（国际标准化组织）提出的一个理想化模型。

OSI共有七层：

物数网传会表应。

1.3.3 TCP/IP协议族(簇)的体系结构

TCP/IP协议簇是Internet事实上的工业标准。

TCP/IP网络体系结构四层：

应用层

传输层

网络层

链路层(网络接口和物理层)

1.3.4 TCP/IP四层结构中常见的协议

应用层：

HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 超文本传输协议

万维网的数据通信的基础

FTP(File Transfer Protocol) 文件传输协议

是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用TCP传输

TFTP(Trivial File Transfer Protocol) 简单文件传输协议

是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用UDP传输

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 简单邮件传输协议

一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议

传输层：

TCP(Transport Control Protocol) 传输控制协议

是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

UDP(User Datagram Protocol) 用户数据报协议

是一种无连接、不可靠、快速传输的传输层通信协议

网络层：

IP(Internetworking Protocol) 网际互连协议

是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议

ICMP(Internet Control Message Protocol) 互联网控制信息协议

用于在IP主机、路由器之间传递控制消息、ping命令使用的协议

IGMP(Internet Group Management Protocol) 互联网组管理

是一个组播协议，用于主机和组播路由器之间通信

链路层：

ARP(Address Resolution Protocol) 地址解析协议

通过IP地址获取对方mac地址

RARP(Reverse Address Resolution Protocol) 逆向地址解析协议

通过mac地址获取ip地址

注意：

每层使用的协议，由下层决定，不能乱用。

1.3.5 数据封包和拆包的过程

一帧数据的说明

大小为 64--1518（包含以太网的头部14字节、尾部4字节）

如果数据大于MTU（最大传输单元，linux默认是1500），需要分成多次进行传输

可以使用指令ifconfig查看MTU最大传输单元

2 TCP和UDP异同（重点）

共同点：同属于传输层的协议

TCP ----> 稳定

1> 提供面向连接的，可靠的数据传输服务

2> 传输过程中，数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复

1、TCP会给每个数据包编上编号，该编号称之为序列号

2、每个序列号都需要应答包应答，如果没有应答，则会将上面的包重复发送直到正确为止

3> 数据传输效率低，耗费资源多

4> 数据收发是不同步的

1、为了提高效率，TCP会将多个较小，并且发送间隔短的数据包，沾成一个包发送，该现象称为沾包现象

2、该沾包算法称之为Nagle算法

5> TCP的使用场景：对传输质量比较高的以及传输大量数据的通信，在需要可靠通信的传输场合，一般使用TCP协议

例如：账户登录，大型文件下载的时候

UDP ----> 快速

1> 面向无连接的，不保证数据可靠的，尽最大努力传输的协议

2> 数据传输过程中，可能出现数据丢失、重复、失序现象

3> 数据传输效率高，实时性高

4> 限制每次传输的数据大小，多出部分直接忽略删除

5> 收发是同步的，不会沾包

6> 适用场景：发送小尺寸的，在接收到数据给出应答比较困难的情况下

例如：广播、通讯软件的音视频

3 网络基础相关的概念

3.1 字节序

        不同类型的CPU主机中，在处理多字节整数序列时有两种存储方式，称为主机字节序

        大端存储（big_endian）:地址低位存储数据高位

        小端存储（little_endian）:地址低位存储数据低位

        判断主机是大端还是小端存储

        手动将小端存储转换为大端存储

        由于多字节整数需要跨主机通信，对于不同的主机存在大小端存储的不同，会导致，即使网络传输中数据无误，也会展现出错误信息，基于此，引入了网络字节序的概念，要求多字节整数，在网络中传输时，都转换为网络字节序，网络字节序是大端存储

        无论主机字节序是大端还是小端存储，发送到网络之前先转换为网络字节序。当接收端接收消息后，再将网络字节序转换为主机字节序即可。

        系统提供了主机字节序和网络字节序相互转换的函数

#include

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);         

//将4字节无符号整数由主机字节序转换为网络字节序，参数是主机字节序返回值是网络字节序

uint16_t htons(uint16_t hostshort);        

//将2字节无符号整数由主机字节序转换为网络字节序，参数是主机字节序返回值是网络字节序

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);        

//将4字节无符号整数由网络字节序转换为主机字节序，参数是网络字节序返回值是主机字节序

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);        

//将2字节无符号整数由网络字节序转换为主机字节序，参数是网络字节序返回值是主机字节序

        何时需要进行主机字节序和网络字节序的转换

1、对多字节整数在网络中进行传输时需要进行转换

2、单字节整数不需要转换

3、字符串在网络中传输也不需要进行转换

3.2 ip地址

1> ip地址是主机在网络中的标识，每个数据包必须携带目的ip地址和原ip地址，路由器就是依照此信息进行路由选择的

2> 也是对网络标识的二级划分

3> IP地址的种类

IPv4：采用4字节无符号整数表示的ip地址，32bit 【0，2^32-1】

局域网（LAN）：local area network

广域网(WAN)：wide area network

IPv6:采用16字节无符号整数表示的IP地址，128bit 【0， 2^128-1】,IPv6不兼容IPv4

4>IP地址的划分

IP地址能够进行二级划分：将32位的IP地址分为2部分：网络号和主机号。这样额能够更加方便有效的寻径

IP = 网络号 + 主机号

网络号：确定计算机从属的网络

主机号：标识设备在该网络中的主机编号

5> 点分十进制

由于ip地址是一个四字节无符号整数，单独记忆起来比较困难，索性就将每个字节对应的数字转换为十进制，以点隔开，称为点分十进制

点分十进制数据是一个字符串，但是，网络中传输时，需要使用四字节无符号整数

需要使用点分十进制和无符号整数之间相互转换的函数

#include

#include

#include

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

//将点分十进制数据转换为4字节整数的网络字节序，参数时点分十进制，返回值时4字节整数

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

//将四字节网络字节序整数转换为点分十进制，参数时4字节整数，返回值是点分十进制