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 <arpa/inet.h>

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 <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

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

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