网络编程

什么是网络编程：

网络通常指的是计算机中的互联网。是由多台计算机通过网线或其他媒介相互链接组成的，编写基于网络的应用程序的过程称之为网络编程。

为什么学网络编程：

我们已经知道计算机由硬件操作系统，应用程序组成，有了这三个元素，就可以在自己的电脑

上运行一些应用程序了，比如玩玩纸牌，扫扫雷什么的。

C/S构架

学习网络编程就是要通过网络来访问另一台计算机的数据，这样必然需要二台计算机，一台计算机上放着要分享的数据和用于分享数据的程序，另一台计算机上运行访问数据的程序。

我们把提供数据的一方叫做服务端（server），把访问数据叫做客户端（clietnt）

 

网络通讯的基本要素

两台计算机要想通讯，必须要具备两个基本要素。

物理连接介质，包括网线，无线电，光纤等

通讯协议：

什么是协议：

协议就是标准，大家要遵循相同的标准才能正常交流通讯。

为什么要制定协议：

在计算机中，链接介质通常是网线，网线本质就是一条电线，可以传播电流，而电流可以按照强弱，被理解为0和1.

如何使用协议：

作为应用程序开发者，物理介质显然不是我们需要关心的，比如如何牵网线，所以通讯协议是我们学习的重点要使用通讯。

网络通讯协议：

协议是由发送方和接收方共同制定的，考虑到计算机已经发展了这么多年，所以制定的协议，

过程很显然我们没有机会参与了，要做的是了解通讯协议中的各种规定。

osi七层协议：

物理层：用物理介质链接互联网中的其他计算机

数据链路层：用MAC地址通讯，但仅限同一局域网。

网络层：用ip确定全球范围内某个局域网中的某台计算机。

传输层：用端口来确定某一计算机中的某一个进程

会话层，表示层，应用层：组织自己的数据结构

 

 为什么需要OSI：

早期各个计算机厂商都有自己的一套网络通讯协议，但由于各不相同，导致了不同厂商的计算机之间

无法进行网络通讯。

总结：OSI 就是相当于计算机界的通用语言，只要按照OSI规定的标准来通讯，就能够与全世界任何一台所有计算机通讯。

OSI各层工作原理解析

一物理层：

物理层的功能：基于电子器件发送电流信号，根据电流的高低可以对应数字0和1，也就是二进制数据。

二.数据链路层

数据链路层的由来：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。

以太网协议：

以太网协议(Ethernet)工作在数据链路层,其规定了电信号分组方式,以及一组电信号应该包含哪些内容

ethernet规定如下:

• 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(标签+以太类型)，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指的是什么地址呢?

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世界唯一的MAC地址，长度为48位二进制，通常由12位16进制数表示。

 

广播:

有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了

ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼

广播有什么问题吗?如果这个网络中有100台电脑,大家都在同一时间都在互相通讯,那是什么情况,

相当于村头挂着100个大喇叭,大家都在使劲喊,结果是要听清楚说的什么内容非常费劲儿

回到计算机中,100台电脑都在那儿广播,传输速度一定是有限的,严重浪费了网络资源

所以,处在局域网中间的设备即交换机(上图的中间那个小东西)

 

交换机不仅负责让网络中的计算机能够互相通信,还要优化网络传输,

如何优化呢?

当pc1想要与pc2通讯前

1.需要知道pc2的MAC地址,所以必须先将这个信息广播给所有的计算机,

2.这个信息必须先交给交换机,再由交换机广播出去,

3.pc2收到消息消息后发现目标MAC是自己,就回复数据给发送方,

4.而回复也必须先交给交换机,此时交换机就会记录pc2的MAC地址与网口号的对应关系存到自己的缓存中,

5.下一次在要给pc2发数据时从缓存中查找pc2的MAC地址,

6.如果找到了就直接单独给pc2发送,不在需要广播,

7.如果没有则重复之前的广播过程

这一优化功能称之为自动学习功能

三.网络层

1.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

2.以太网通讯存在的问题:

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，如果所有的计算机都采用以太网的广播方式来寻找其他计算机，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,(广播风暴就是这么产生的)

 

结论：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,网络地址到底长什么样,又是如何区分子网的?

3.IP协议

IP协议是工作在网络层的协议,全称:Internet Protocol Address,翻译为互联网协议地址

 

四.传输层(重点)

传输层的由来:

​通过物理层简历链接通道

​通过数据链路层的MAC,可以定位到某个局域网中的某台主机,

​通过网络层的IP地址,子网掩码,可以定位到全球范围某一局域网下的某台主机

那么问题来了:

​ 一台计算机上是不可能只运行一个应用程序的,比如同时登陆qq和微信,那接收到的数据到底是交给微信还是qq呢?

答案就是:端口号,端口是需要联网的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

 

 

TCP与UDP是工作在传输层的协议:

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。

TCP之所以可靠,是因为在传输数据前需要三次握手确认建立链接

三次握手:

三次握手的过程实际上实在确认我发的你能收到,你发的我也能收到,从而保证数据传输的的可靠性,

链接是一个虚拟的概念,不实际存在,只要三次握手成功即表示连接建立成功!

问题是三次握手时的确能保障数据传输是可靠的,那么握手后的数据传输要如何保证传输成功呢?

TCP协议要求在发送数据后,必须接收到对方的回复信息才能确认数据成功发送,如果一段时内没有收到回复信息,会自动重新发送,如果重试的次数过多则表示链接可能已经中断!

 

四次挥手:

四次挥手的目的是保证双方的数据传输已经全部完成,同样是为了保证数据的完整性

总结

其优点很明显:能够保证数据传输是完整的

缺点:由于每次都需要传输确认信息,导致传输效率降低

场景:多用于必须保证数据完整性的场景,例如文本信息,支付信息等!

 

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。

UDP协议采取的方式与TCP完全不同,其根本不关心,对方是否收到数据,甚至不关心,对方的地址是否有效,只要将数据报发送到网络,便什么都不管了!

总结

优点:由于不需要传输确认信息,所以传输效率高于TCP协议

缺点:传输数据可能不完整

场景:视频聊天,语音聊天等,不要求数据完整性,但是对传输速度要求较高