7.计算机网络
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了7.计算机网络相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一.计算机网络
1.什么是计算机网络：它是计算机技术和通信技术相结合的产物。
2.计算机网络的功能：
a.数据通信
b.资源共享
c.提高系统的可靠性
d.分布式网络处理和负载均衡
3.计算机网络的组成
1.通信子网络：由网卡，线缆，集线器(存粹物理上的)，中继器，交换机()，路由器(网络之间的交流)
2.资源子网络：网络中的计算机，打印机等一些可以提供的设备
3.计算机网络软件
协议软件：它规定了计算机之间通信的准则，最常见的协议TCP/IP协议簇
网络通信软件：网络中实现计算机于设备之间通信的软件
网络操作系统：可以提供网络服务的计算机操作系统，常见的网络操作系统，windows server2008(使用简单，有图形界面，鼠标操作，不太稳定) UNIX Linux
网络管理软件和网络应用软件：
管理：防火墙，SELinux
应用：浏览器，迅雷，ftp客户端
4.计算机网络的分类
1.网络的作用范围来分
局域网
城域网
广域网
2.按网络的传播技术来划分
广播式网络
点到点网络
3.传输介质划分
有线网，无线网，微波通信，卫星通信
5.计算机网络的拓扑结构
1.星型拓扑结构
2.树形拓扑结构
3.总线型拓扑结构
4.环形拓扑结构
5.网状型拓扑结构
6.计算机网络的发展过程
1.以计算机为中心的联机系统
2.分组交换网络的诞生
3.网络体系结构与协议标准化
20世纪八十年代，ISO组织提出 开放式系统互连参考模式(OSI),这个模型照顾到了各方的利益，所以太过庞大，因此至今没有推出成熟的产品，TCP/IP符合OSI标准的协议。
异构：操作系统(windows) ->socket->TCP/IP ->TCP/IP -> socket ->Linux
4.高速计算机网络
7.网卡：网络接口卡或网络适配器，它负责讲数据发送到网络中去，也负责从网络中获取数据，每一张网卡上会有一个独一无二MAC地址。
8.OSI/RM结构与TCP/IP模型
OSI/RM结构七层： 物理层，数据链路层，网络层， 传输层， 会话层， 表示层，应用层
TCP/IP模型四层结构：物理层， 网络层， 传输层， 应用层(间隔顺序表示两者相对应的部分)
物理层：负责通信网络收发数据包
网络层：选择,流量控制，与网络拥塞问题，IP协议式该层的核心
传输层：机器之间建立端到端的连接(用于数据间的传输)，该层的核心协议TCP/UDP
应用层：主要为用户提供针对性的服务，该层代表性的协议有：HTTP(超文本传输),SMTP(邮件传输),FTP(文件传输)，TELNET(远程登陆)
9.IPv4地址
在计算机网络中的每一台计算机都必须有一个唯一的标识符，它就是IP地址。目前由4个不超过255的整数组成，一般用点分十进制表示
ip地址的分类：
A类:
第一二进制位必须是0()
0.0.0.0
127.255.255.255
公网的地址
B类:前两位的二进制位必须是10
128.0.0.0.0
191.255.255.255
大型的，大企业中的网络
C类:前三位的二进制位必须是110
192.0.0.0
223.255.255.255
小公司的网络
D类:前四位的二进制必须是1110
224.0.0.0
239.255.255.255
家庭，小公司的
E类:前五位的二进制必须是1111
240.0.0.0
255.255.255.255
10.公有IP和私有IP
公有IP：在网络服务提供商登记过的IP地址叫公有IP
私有IP：由一些公司自己分配的，不能在网络上公开直接访问的IP地址
11.子网掩码：目前由4个不超过255的整数组成，一般用点分十进制表示(255.255.255.0)
子网掩码&ip地址 = 网络地址
如果两个人ip地址的网络地址相同，那么说明它们在同一个子网内，就可以直接通信而不需要路由
12.网关地址：负责子网出口的计算机，一般由路由器担任(路由器就是一台具有路由功能的计算机)
13.端口号：操作系统为需要通信的进程分配一个独一无二的编号，端口号可以确定与哪个进程进行通信
1-1024基本上已经被操作系统占用了，一般编程要使用1024以上的。
http:80
ftp:21
telnet:23
二.套接字(socket:插座)
是一种可以进行网络通信的内核对象，它有一个唯一的标识符，一般称它为socket描述符，跟文件描述符类似，也可以用read/write/close操作
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建socket对象
domain:通信地址类型
AF_UNIX/AF_LOCAL：本地进程间通信
AF_INET：使用ipv4地址通信
AF_INET6：使用ipv6地址通信
type:
SOCK_STREAM:数据流协议TCP,面向连接的通信协议
优点：安全可靠，数据不丢失，但是速度慢
一般常用于安全性较高的领域，但是速度不要求的场景下
SOCK_DGRAM：数据报协议UDP，面向无连接的通信协议
优点：速度快，数据可能丢失，安全性可靠性与TCP相比不高。
一般用于安全性要求不高，但是对速度有要求的场景
protocol:特殊协议一般不使用，一般写0就好
准备通信地址
基本的通信地址
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
本地通信地址
struct sockaddr_un
{
//通信地址类型
sa_family_t sun_family;
//socket文件路径
char sun_path[108];
}
网络通信地址
struct sockaddr_in
{
//通信地址类型
short int sin_family;
//端口号
in_port_t sin_port;
//ip地址
struct in_addr sin_addr;
}
三.本地socket进程间通信
A(B的地址+消息内容) -> B
B(A的地址+消息内容) -> A
进程A：创建socket -> 准备地址 -> 绑定 -> 连接 -> 接收/发送 -> 关闭socket -> 删除socket文件
进程B：创建socket -> 准备地址 -> 连接 -> 绑定 -> 发送/接收 -> 关闭socket
进程B可以给进程A发送消息，进程B也可以给进程A发消息
一个socket文件只能绑定一个地址
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
功能：把socket对象与通信地址(自己)建立联系
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
功能：与通信目标连接(与目标主机的地址)
四.网络通信(UDP)
点对点通信(C to C)
网络通信地址
struct sockaddr_un
{
//通信地址类型
short int sin_family;
//端口号
in_port_t sin_port;
//ip地址
struct in_addr sin_addr;
}
生成端口号：个人计算机可能是大端，也可能是小端，网络通信时，需要大端数据，必须把数据转换成大端
端口号就是一个16位的无符号整数
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
//功能：把32位主机字节序转换成32位网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
//功能：把16位主机字节序转换成16位网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
//功能：把32位网络字节序转换成32位主机字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
//功能：把16位网络字节序转换成16位主机字节序
生成IP地址：
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能：把点分十进制的IP地址转换位32位无符号整数
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：把32位的网络字节序的ip地址转换成点分十进制的字符串地址
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
功能：接收数据，并获取发送端的地址
ps:addrlen是参数不是返回值
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
功能：发送数据到指定的目标
进程A：创建socket对象 -> 准备地址 -> 绑定 -> 接收数据和来时的地址 -> 原路返回数据 ->关闭
进程B：创建socket对象 -> 准备地址 -> 向目标发送数据 -> 接收数据 ->关闭socket
当socket对象被全部关闭后会在内核中，停留一段时间(给一个重新连接的机会)，如果再使用同样的ip地址和端口号就会失败(延时关闭)
五.网络通信(TCP)
一对多连接(c to s)
面向连接的网络通信，在通信过程中时刻保持连接，这种通信方式类似于打电话，这种通信方式能保证安全可靠数据不丢失，但是与udp相比，它的传输速度略低。
进程A ：创建socket —> 准备地址 —> 绑定 —> 监听(设置队列长度) —> 等待连接 —> 进行通信 —> 关闭
进程B ：创建socket —> 准备地址 —> 连接 —> 通信 —> 关闭
int listen(int sockfd, int backlog);
功能：设置最大的监听数量
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能：等待其他主机与当前socket建立连接关系
返回值：建立好的连接的描述符，此后通信都用此描述符
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能：网络通信专用的数据接收
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
功能：网络通信专用的数据发送
当recv/send函数的返回值为-1时，连接断开，此时应该结束死循环
练习：开启一个服务端程序(创建socket，准备地址，绑定，等待连接，创建进程为连接服务器，主进程继续等待连接)
客户端程序(创建socket,准备地址，连接，与服务端通信)
为什么是三次握手：
什么是安全的连接(A要知道：A->B，&& B->A,B要知道：A->B, && B->A)
而这样的三次连接就保证了A和B都知道了上述信息
三次握手：
四次挥手：
1．为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你不可以马上关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
2．为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？
这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。
TCP三次握手和四次挥手（详解）以上是关于7.计算机网络的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章