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网络编程理论

软件开发架构

C/S架构

C/S数据传输过程

"C"						"S"
| 客户端软件                 服务端
| 操作系统                   操作系统
↓ 计算机硬件  <==========>   计算机硬件

服务端三大特征

• 24小时不间断提供服务(24小时监听)
• 固定的地址(IP地址)
• 能够服务多个用户(高并发)

B/S架构

B/S数据传输过程

1. 浏览器向服务器发送请求，等待服务器的响应；
2. 服务器处理请求，接收并处理请求，并产生响应；
3. 服务器发送响应，把用户请求的数据返回给浏览器；
4. 浏览器解释执行HTML文件；
5. 用户看到想要的界面；

知识储备

交换机

• 能够使接入该机器的所有计算机之间彼此互联

局域网

• 有交换机组成的网络

互联网

• 可以简单的理解为是多个局域网之间彼此互联

路由器

• 能够连接多个局域网并实现局域网之间的数据传输，（上网的核心）

问题

对于开发者就要考虑这样的问题，开发程序后，客户端和服务端之间是怎样数据通信的？是不是需要一个介质来连接起这客户端和服务端？

远程数据传输发展史

• 通信定义：网络存在的意义就是跨区域数据传输，即为通信；
• 协议：规定怎么做的规章制度；

• 网络 = 物理链接介质 + 互联网通信协议

OSI七层协议

1. 应用层
2. 表示层
3. 会话层
4. 传输层
5. 网络层
6. 数据链路层
7. 物理层

• 速记口诀：

  ‘应’-‘表’-‘会’-‘传’-‘网’-‘数’-‘物’

• 开发层面只需五层协议：将应用层、表示层、会话层归为一层应用层；

各层协议管理内容

数据封装过程

应用层（数据）   --->传输层（TCP报头）[段]
--->网络层（IP报头）[包]
---->数据链路层（帧头）[帧]
----> 物理层（比特位0101）[位]

• 数据解包过程，只需去掉相应的报头即可

物理层

物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。局域网与广域网皆属第1、2层。

物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层，那就是“信号和介质”。

其实就是提供一个物理连接接口(网线口 无线网卡)

数据链路层

1. 规定了电信号的分组方式
2. 以太网协议：规定了计算机必须有一块网卡 并且网卡上面要有一个固定的一串数字(Mac地址)；

• 规定1：一组数据称之为一个数据帧
• 规定2：数据帧分成两部分 =》头+数据 head包含（18个字节）：源地址与目标地址，该地址是mac地址
• data包含（最短46个字节，最长1500字节 ）：包含的是网络层整体的内容

• 计算机通信基本靠“吼”，就是以太网的工作方式是广播

MAC地址

• 前六位：厂商编号；
• 后六位： 流水线号；

局域网

• 由交多个换机组成的网络，局域网没有固定的范围规定，MAC地址只在局域网内起作用，不能跨局域网传输；

网络层

IP协议

网络层功能

• 划分广播域
• 每一个广播域要接通外部，需要网关 帮内部的计算机转发到公网，网关发送数据包
• 网关与外界通信，走路由协议传输

规定

• 头包含：源地址与目标地址，该地址是IP地址
• 数据包含：传输层发过来的整体内容

IPV4地址设置

• 32位2进制数组成：8bit.8bit.8bit.8bit
• 范围：0.0.0.0 - 255.255.255.255

子网掩码

• 32位2进制数组成：8bit.8bit.8bit.8bit

• eg:255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000

• 合法的IPV4地址组成的部分 = ip地址/子网掩码地址

  eg：172.16.10.1 / 255.255.255.0
  # 不加子网掩码默认为24（172.16.10.1/24）

• 局域网的计算：将ip地址的二进制和子网掩码的二进制与运算（同1为1，同0为0，1和0得1），然后转十进制

计算机在同一个局域网，可以互联:
# 案例
计算机1-》172.16.10.1 / 255.255.255.0
局域网 = 172.16.10.0
计算机2-》172.16.10.2 / 255.255.255.0
局域网 = 172.16.10.0
# 如果两台计算机不在同一局域网，那么走网关传输

ARP协议 - 地址解析协议（用在数据链路层）

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址（MAC地址）。

收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。相关协议有RARP、代理ARP。NDP用于在IPv6中代替地址解析协议。

# 两台计算机在同一个局域网内
计算机1
计算机2
ARP：
1、计算二者网络地址，如果一样，拿到计算机2的mac地址就可以了
2、发送广播包
发送端mac

# 两台计算机不在同一个局域网内
计算机1
|
网关
|
计算机2
ARP：计算机二者网络地址，如果不一样，应该拿到网关的mac地址

补充->IPV6版本：能够表示出地球上每一粒沙子

传输层

TCP协议

三次握手，四次挥手

• LISTENING状态：FTP服务启动后首先处于侦听（LISTENING）状态；
• SYN_SENT状态：忙于恢复确认建立请求；
• ESTABLISHED状态：ESTABLISHED状态是表示两台机器正在传输数据，观察这个状态最主要的就是看哪个程序正在处于ESTABLISHED状态；
• CLOSE_WAIT状态：对方主动关闭连接或者网络异常导致连接中断，这时客户端状态会变成CLOSE_WAIT 此时客户端要调用close()来使得连接正确关闭；
• TIME_WAIT状态：真空期，如果客户端主动断开连接，收到服务端的确认状态，但是连接不会瞬间断开，为了防止连接中的包没有传输完成，或者还有想要传输的包等，影响了连接，会处于一段时间TIME_WAIT态，几次重连后，最后断开释放资源；

握手过程

• 第一次握手：客户端给服务器发送一个 SYN 报文；
• 第二次握手：服务器收到 SYN 报文之后，会应答一个 SYN+ACK 报文；
• 第三次握手：客户端收到 SYN+ACK 报文之后，会回应一个 ACK 报文；
• 服务器收到 ACK 报文之后，三次握手建立完成；

四次挥手

• 第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT1状态。
• 第二次握手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 + 1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT状态。
• 第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。
• 第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 + 1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态
• 服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。

• TCP报文

UDP协议

端口协议

应用层

• 可以定义协议 =》 头部+数据部分

自定义协议需要注意的问题：
1. 两大组成部分：头部+数据部分
头部：放对数据的描述信息（比如想发送给谁，数据的类型，数据的长度）
数据部分：想要发送的数据
2. 头部的长度必须固定
因为接收端要通过头部获取所接收数据的详细信息

• 客户端和服务端逻辑上使用的是

  HTTP协议

七层协议封包解包

其他协议补充：

DHCP协议

通过dhcp获取过程：

DNS域名解析

• 根域名服务器：

  www.163.com.

  ，com后面的点，就是根！

http/s协议

封包，七层协议

www.baidu.com:80

DNS域名解析，搞到ip