网络编程（1）

目录

• 一、网络编程（1）
  • 1. 网络架构及其演变过程
    • （1）单机架构
    • （2）C/S架构
    • （3）B/S架构
  • 2. 互联网协议（OSI协议）
    • （1）OSI协议 的人为分层
      • （1）物理层
      • （2）数据链路层
        • 1. 以太网协议
        • 2. Mac地址
        • 3. 广播地址
        • 4. 广播风暴
      • （3）网络层
      • （4）传输层
      • （5）应用层
  • 3. socket
    • 3.1 什么是socket
    • 3.2 服务端套接字函数
    • 3.3 客户端套接字函数
    • 3.4 公共用途的套接字函数

一、网络编程（1）

• 以下详情，看nick的博客。

1. 网络架构及其演变过程

（1）单机架构

• 单机架构就是只有客户端的应用程序，即不需要联网的应用。例如：单机游戏和单机软件。

（2）C/S架构

• C 是 Client （客户端） ， S 是 Server （服务端）。例如一些需要联网的应用，QQ ， 英雄联盟等
• 优点： 数据分客户端和服务端分别存储，节省了网络资源
• 缺点：数据的安全性和稳定性可能会有一定的问题。升级较麻烦

（3）B/S架构

• B 是 Browser （浏览器） ， S 是 Server （服务端） 。例如谷歌浏览器 ， 而浏览器本身也是C/S架构 ，对于浏览器内部的内容，也就是一个个网站是 B/S架构

• 优点：服务器统一处理数据，有更好的安全性和稳定性，且升级比较容易。

• 缺点：服务器负担增加，占用网络资源较大。

2. 互联网协议（OSI协议）

（1）OSI协议 的人为分层

• 人为的把分OSI协议分成了七层，也有分为五层的，四层的。

• 七层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

• 五层：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

• 四层：应用层、传输层、网络层、网络接口层

（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

  物理层字面意思解释：物理传输、硬件、物理特性。在深圳的你与北京的朋友聊天，你的电脑必须要能上网，物理体现是什么？是不是接一根网线，插个路由器，北京的朋友那边是不是也有根网线，也得插个路由器。也就是说计算机与计算机之间的通信，必须要有底层物理层方面的连通，就类似于你打电话，中间是不是必须得连电话线。

• **中间的物理链接可以是光缆、电缆、双绞线、无线电波。中间传的是电信号，即010101...这些二进制位。 **

（2）数据链路层

• 数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思

  数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

1. 以太网协议

• 早期的时候，数据链路层就是来对电信号来做分组的。以前每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报，叫做'帧'，每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

• 数据报的具体内容：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

2. 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）

3. 广播地址

• 就是局域网内，一台主机向局域网内的其他全部主机发送一个消息。所有人都收到了，但只有是ip地址是我要的那个的主机会响应，他会把自己的Mac地址填到这个消息里返回给我，别的主机会把这个消息丢弃。此时可以实现局域网内的通信。

4. 广播风暴

• 就是一个局域网内多个主机都在同一时间广播，相当于广播1撞广播2。

• 注意：在讲网络层之前，其实基于广播的这种通信就可以实现全世界通信了，你吼一声，如果全世界是一个局域网，全世界的计算机肯定可以听得见，从理论上似乎行得通，如果全世界的计算机都在吼，你想一想，这是不是一个灾难。因此，全世界不能是一个局域网。于是就有了网络层。

（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

• 网络通信的方式：

  本质都是两个Mac地址通信。

  局域网内： 有了目标ip之后，通过广播，获取目标ip的Mac地址，两个主机就可以通信了

  互联网通信：有了目标ip之后，通过广播，广播到自己的网关 ， 自己的网关通过目标ip找到在互联网里找到对方的网关，对方的网关在自己的局域网里广播，同上面的局域网通信。

（4）传输层

• 传输层的由来：网络层的IP帮我们区分子网，以太网层的Mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序。

• 那么我们通过IP和Mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

• 传输层功能：建立端口到端口的通信

• 补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口，我们一般取8000之后的端口号，8000之前的可能被现在很多软件占用了。

• 有了Mac地址+IP地址+端口，我们就能确定世界上独一无二的一台计算机上的应用程序

• TCP 和 UDP协议工作在这一层。

• UDP，在传送数据前不需要先建立连接，远地的主机在收到UDP报文后也不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但是正是因为这样，省去和很多的开销，使得它的速度比较快，比如一些对实时性要求较高的服务，就常常使用的是UDP。对应的应用层的协议主要有 DNS，TFTP，DHCP，SNMP，NFS 等。

  TCP，提供面向连接的服务，在传送数据之前必须先建立连接，数据传送完成后要释放连接。因此TCP是一种可靠的的运输服务，但是正因为这样，不可避免的增加了许多的开销，比如确认，流量控制等。对应的应用层的协议主要有 SMTP，TELNET，HTTP，FTP 等。

• TCP 的三次握手和四次挥手 （非常重要）

• MSL 报文最大生存时间，任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃，tcp协议规定，这个时间可以自行更改。

• 为什么是TCP三次握手而不是两次？

简单来说就是：防止 已过期或者说是先前 的连接请求报文突然又传送的服务器，因而造成错误。

发送端接收到接收端发送的报文,知道接收端刚才接收到了自己的消息,按理说,这个时候连接就建立了,该发数据了啊,为什么还要再确定一次呢?

这里我们用一个现实的例子来解释.就拿大家都喜欢的约会来解释.发送端相当一个男生,接收端是一个女生.一开始,男生发送一条微信告诉女生,今天晚上九点在公园见面呗,然后这条消息因为不可抗力,没有发送到女生的手机上,这时,这条消息有两个去路,一个是彻底消失,另一个是它迷失在网络中,没有找到方向.回来继续说,男生看女生没有回应,就又发了一条一样的微信,这次微信顺利的发过去了,男生女生也顺利的见面了,这一天也就这么过去了.到了第二天,那条迷失在网络中的微信重新找到了方向(真正的网络信息不可能滞留这么久,例子而已),发到了女生的手机上,女生一看,很高兴,毕竟昨天玩的很开心,以为今天又可以开心一次,就又去了,男生昨天玩了一晚上,身体跟不上,就在家躺着,也早忘了那条迷失的微信.就这样,女生在公园等了很久,很难受.

其实上面的例子已经说的很明白了,保险起见,再在具体连接里说一下.如果是两次连接,很可能发生上面的问题,如果有消息在一次tcp连接完成后才到达接收端,那么接收端以为是新的连接,就会发确认报文到接收端确认并建立连接,但发送端可能已经关闭,即使没关闭,在没有到达SYN-SENT状态时,也不会响应接收端的确认信息,接收端可能就这样等待,这在网络中就浪费了资源.

但是有了第三次报文确定就不一样了,第三次,发送端在此发送确认报文包接收端,接收端接收到后,也就知道了发送端接收到自己的确认信息了,如果在此发生上面的问题,接收端再次接收到了滞留在网络中的信息,发送确认信息给发送端,但是当发送端没有理会的时候,接收端也就知道这是错误信息,就不会等待,也就没有资源浪费了.

说句题外话,即使是三次握手也不能保证百分百的连接确定。

• 这里不再详细介绍。直接点链接

（5）应用层

• 应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式

  应用层功能：规定应用程序的数据格式。

3. socket

3.1 什么是socket

• Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

• 注意：也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序，而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识。

3.2 服务端套接字函数

方法	用途
s.bind()	绑定(主机,端口号)到套接字
s.listen()	开始TCP监听
s.accept()	被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

3.3 客户端套接字函数

方法	用途
s.connect()	主动初始化TCP服务器连接
s.connect_ex()	connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

3.4 公共用途的套接字函数

方法	用途
s.recv()	接收TCP数据
s.send()	发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
s.sendall()	发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
s.recvfrom()	接收UDP数据
s.sendto()	发送UDP数据
s.getpeername()	连接到当前套接字的远端的地址
s.getsockname()	当前套接字的地址
s.getsockopt()	返回指定套接字的参数
s.setsockopt()	设置指定套接字的参数
s.close()	关闭套接字