网络编程;C/S架构,TCP/IP介绍
什么是c/s架构?
C指的是client(客户端软件),S指的是Server(服务端软件)
应用软件如何运行?
客户端软件想要基于网络发送一条消息给服务端软件,流程是:
1、客户端软件产生数据,存放于客户端软件的内存中,然后调用接口将自己内存中的数据发送/拷贝给操作系统内存
2、客户端操作系统收到数据后,按照客户端软件指定的规则(即协议)、调用网卡发送数据
3、网络传输数据
4、服务端软件调用系统接口,想要将数据从操作系统内存拷贝到自己的内存中
5、服务端操作系统收到4的指令后,使用与客户端相同的规则(即协议)从网卡接收到数据,然后拷贝给服务端软件
什么是TCP/IP?
Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写,中译名为传输控制协议/因特网互联协议,又名网络通讯协议,是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础
OSI七层模型:
OSI/RM模型(Open System Interconnection / Reference Model)的设计目的是成为一个所有计算机厂商都能实现的开放网络模型,来克服使用众多私有网络模型所带来的困难和低效性。
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
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
以太网协议:
早期的时候各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包,叫做‘帧’
- 每一数据帧分成:报头head和数据data两部分
head包含:(固定18个字节)
- 发送者/源地址,6个字节
- 接收者/目标地址,6个字节
- 数据类型,6个字节
data包含:(最短46字节,最长1500字节)
- 数据包的具体内容
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
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)
网络层:
网络层由来:有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了,问题是世界范围的互联网是由
一个个彼此隔离的小的局域网组成的,那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式,那么一台机器发送的包全世界都会收到,
这就不仅仅是效率低的问题了,这会是一种灾难
必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是,如果是就采用广播的方式发送,如果不是,
就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关
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
必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是,如果是就采用广播的方式发送,如果不是,
就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关
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
区分网络位和主机位是为了划分子网,就是把一个大网络分成多个小网络,为什么要分子网呢?
- 广播风暴:6万台主机在一个网段里,通信基本靠吼,任何一个人要吼一嗓子,6万多个人必须被动听着,一会你的网络就瘫痪啦。
- 地址浪费:运营商在公网上有很多级联的路由器,有时候2个路由器之间只会用掉几个IP,如果不进行子网划分,那同网段的其它主机也就都不能用了。举例两个级联路由器的接口ip分别为222.34.24.12/24,222.34.24.13/24, 此可承载255个主机的网段只用了2个IP,那其它的就全浪费了,因为不能再分配给别人。
划分子网本质上就是借主机位到给网络位,每借一位主机位,这个网段的可分配主机就会越少,比如192.168.1.0/24可用主机255个,借一位变成192.168.1.0/25,那可用主机就从255-128=127个了(从最大的值开始借),再借一位192.168.1.0/26,那可用主机数就变成了255-(128+64)=63个啦
TTL是 Time To Live的缩写,该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。TTL是IPv4包头的一个8 bit字段。
查看本机arp表的命令
ICMP
一般主要用ICMP协议检测网络是否通畅,基于ICMP协议的工具主要有ping和traceroute(win系统是tracert)
ping 利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发请 求,受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。ping程序来计算间隔时间,并计算有多少个包被送达。用户就可以判断网络大致的情况。我们可以看到, ping给出来了传送的时间和TTL的数据。
traceroute(win系统用tracert)
用来查看从当前主机到某地址一共经过多少跳路由
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,迅雷等多个应用程序,
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呢?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
传输层有两种协议,TCP和UDP,见下图:
tcp协议
可靠传输,TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。
最可靠的方式就是只要不得到确认,就重新发送数据报,直到得到对方的确认为止。为什么tcp是可靠的数据传输呢?
tcp报文
tcp的3次握手和4四挥手
udp协议
不可靠传输,”报头”部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。
TCP协议虽然安全性很高,但是网络开销大,而UDP协议虽然没有提供安全机制,但是网络开销小,在现在这个网络安全已经相对较高的情况下,为了保证传输的速率,我们一般还是会优先考虑UDP协议!