【网络编程】Linux网络编程基础与实战第一弹——网络基础

水深无声 2024-02-22 09:08 46阅读 0赞

#### 这里写目录标题 ####

*  网络基础
 *   *  什么是协议
     *  典型协议
 *  分层模型
 *   *  OSI七层模型
     *  TCP/IP四层模型
 *  网络应用程序设计模式
 *   *  优缺点具体体现：

## 网络基础 ##

### 什么是协议 ###

从应用的角度出发，协议可理解为“一组规则”，是数据传输和数据的解释的规则。  
假设，A、B双方欲传输文件。规定：  
第一次，传输文件名，接收方接收到文件名，应答OK给传输方；  
第二次，发送文件的尺寸，接收方接收到该数据再次应答一个OK；  
第三次，传输文件内容。同样，接收方接收数据完成后应答OK表示文件内容接收成功。

由此，无论A、B之间传递何种文件，都是通过三次数据传输来完成。A、B之间形成了一个最简单的数据传输规则。双方都按此规则发送、接收数据。A、B之间达成的这个相互遵守的规则即为协议。

这种仅在A、B之间被遵守的协议称之为原始协议。当此协议被更多的人采用，不断的增加、改进、维护、完善。最终形成一个稳定的、完整的文件传输协议，被广泛应用于各种文件传输过程中。该协议就成为一个标准协议。最早的ftp协议就是由此衍生而来。

**TCP协议注重数据的传输。http协议着重于数据的解释。**

### 典型协议 ###

传输层常见协议有TCP/UDP协议。  
应用层 常见的协议有HTTP协议，FTP协议。  
网络层 常见协议有IP协议、ICMP协议、IGMP协议。  
网络接口层常见协议有 ARP协议、RARP协议。

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**TCP传输控制协议**（Transmission Control Protocol）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用户数据报协议**（User Datagram Protocol）是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。  
**HTTP超文本传输协议**（Hyper Text Transfer Protocol）是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。  
**FTP文件传输协议**（File Transfer Protocol）  
**IP协议是因特网互联协议**（Internet Protocol）  
**ICMP协议**是Internet控制报文协议（Internet Control Message Protocol）它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。  
**IGMP协议**是 Internet 组管理协议（Internet Group Management Protocol），是因特网协议家族中的一个组播协议。该协议运行在主机和组播路由器之间。  
**ARP协议**是正向地址解析协议（Address Resolution Protocol），通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。  
**RARP**是反向地址转换协议，通过MAC地址确定IP地址。

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## 分层模型 ##

### OSI七层模型 ###

可以简单记为： 物，数，网，传，会，表，应

1.  物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后再转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。
2.  数据链路层：定义了如何让格式化数据以帧为单位进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。
3.  网络层：在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加，而网络层正是管理这种连接的层。
4.  传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
5.  会话层：通过传输层(端口号：传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）。
6.  表示层：可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如，PC程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码(EBCDIC)，而另一台则使用美国信息交换标准码（ASCII）来表示相同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。
7.  应用层：是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务。

### TCP/IP四层模型 ###

可以简单记为： 网（链路），网，传，应

**TCP/IP网络协议栈分为应用层（Application）、传输层（Transport）、网络层（Network）和链路层（Link）四层**。

1.应用层： 常见的协议有HTTP协议，FTP协议。  
2.传输层：常见协议有TCP/UDP协议。  
3. 网络层： 常见协议有IP协议、ICMP协议、IGMP协议。  
4. 链路层：常见协议有以太网帧协议。  
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注意：  
数据要进行这4层 封装之后才能进行传递。  
数据传递之后，进行接收时要按照逆序解装，才能得到数据。

*IP协议*  
版本有 IPv4/IPv6两种  
源IP 32位 4字节大小  
目的IP 32位 4字节大小  
IP地址：在网络环境中唯一标识一台主机  
端口号：可以在网络的一台主机上，唯一标识一个进程  
IP地址+端口号：可以在网络环境中，唯一标识一个进程

TTL： time to live 是设置数据包在路由节点中的跳转上限。每经过一个路由节点TTL值会减一，直到值减为0时 路由有义务将该数据包丢弃。

*UDP协议*  
16位 源端口号 65536  
16位目的端口号

*TCP协议*  
16位源端口号  
16位目的端口号  
32位序号  
32位确认号  
6个标志位  
16位窗口大小 65536

*以太网帧协议*

ARP协议会根据IP地址获取mac地址  
然后以太网帧协议根据mac地址 完成数据包传输  
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## 网络应用程序设计模式 ##

**C/S模式**  
传统的网络应用设计模式，客户机(client)/服务器(server)模式。需要在通讯两端各自部署客户机和服务器来完成数据通信。

**B/S模式**  
浏览器()/服务器(server)模式。只需在一端部署服务器，而另外一端使用每台PC都默认配置的浏览器即可完成数据的传输。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>c/s</th> 
   <th>b/s</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>优点</td> 
   <td>可以缓存大量数据，协议选择灵活，速度快</td> 
   <td>安全性高，可以跨平台，开发工作量较小</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>缺点</td> 
   <td>安全性低，不能跨平台，开发工作量较大</td> 
   <td>缓存数据量较小，协议选择不灵活，速度不快</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 优缺点具体体现： ###

对于C/S模式来说，其优点明显。客户端位于目标主机上可以保证性能，将数据缓存至客户端本地，从而提高数据传输效率。且，一般来说客户端和服务器程序由一个开发团队创作，所以他们之间所采用的协议相对灵活。可以在标准协议的基础上根据需求裁剪及定制。例如，腾讯公司所采用的通信协议，即为ftp协议的修改剪裁版。  
因此，传统的网络应用程序及较大型的网络应用程序都首选C/S模式进行开发。如，知名的网络游戏魔兽世界。3D画面，数据量庞大，使用C/S模式可以提前在本地进行大量数据的缓存处理，从而提高观感。  
C/S模式的缺点也较突出。由于客户端和服务器都需要有一个开发团队来完成开发。工作量将成倍提升，开发周期较长。另外，从用户角度出发，需要将客户端安插至用户主机上，对用户主机的安全性构成威胁。这也是很多用户不愿使用C/S模式应用程序的重要原因。

B/S模式相比C/S模式而言，由于它没有独立的客户端，使用标准浏览器作为客户端，其工作开发量较小。只需开发服务器端即可。另外由于其采用浏览器显示数据，因此移植性非常好，不受平台限制。如早期的偷菜游戏，在各个平台上都可以完美运行。  
B/S模式的缺点也较明显。由于使用第三方浏览器，因此网络应用支持受限。另外，没有客户端放到对方主机上，缓存数据不尽如人意，从而传输数据量受到限制。应用的观感大打折扣。第三，必须与浏览器一样，采用标准http协议进行通信，协议选择不灵活。  
因此在开发过程中，模式的选择由上述各自的特点决定。根据实际需求选择应用程序设计模式。

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