网络编程基础知识

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网络发展史

课程简介

课程共七天，旨在让大家对网络编程进行基本认识，并在Linux下实现多机通信。

学习形式以及要求

授课方式：腾讯会议
授课笔记：腾讯文档
课堂要求：课时认真听讲，学习状态饱满，积极反馈，手机上交

4.课下要求：

按时完成作业作业截止时间晚22.30

对课上知识点不懂的地方要大胆问！切忌似是而非、得过且过！

本门课程比较综合，需要把前面课程相应没学扎实的地方进行巩固

网络发展史

【腾讯文档】internet历史

百度安全验证

internet历史

一、局域网和广域网

1.局域网（LAN）

局域网的缩写是LAN，local area network，顾名思义，是个本地的网络，只能实现小范围短距离的网络通信。我们的家庭网络是典型的局域网。电脑、手机、电视、智能音箱、智能插座都连在路由器上，可以互相通信。局域网，就像是小区里的道路，分支多，连接了很多栋楼

2 . 广域网（Wan）

广域网（Wide Area Network）是相对局域网来讲的，局域网的传输距离比较近，只能是一个小范围的。如果需要长距离的传输，比如某大型企业，总部在北京，分公司在长沙，局域网是无法架设的。广域网，就像是大马路，分支可能少，但类型多，像国道、省道、高速、小道等，连接了很多大的局域网。

这时需要其它的解决方案。

第一，通过因特网，只需要办一根宽带，就实现了通信，非常方便，现在的宽带价格也比较便宜。

第二，通过广域网专线。

所以为了数据安全，不能连接因特网，需要用一条自己的专用线路来传输数据，这条线路上只有自己人，不会有其他人接入，且距离很远，这个网络就叫 "广域网"。

光猫

光猫是一种类似于基带modem（数字调制解调器）的设备，和基带modem不同的是接入的是光纤专线，是光信号。用于广域网中光电信号的转换和接口协议的转换，接入路由器，是广域网接入。

将光线插入左侧的灰色口，右侧网口接网线到路由器即可。

交换机与路由器

交换机（二层）：用于局域网内网的数据转发 路由器（三层）：用于连接局域网和外网

路由器有二层交换机的功能，反之不成立，二层交换机没有IP分配和IP寻址的功能。

交换机各个口是平等的，所有接入的设备需要自己配置IP，然后组成局域网。

路由器需要区分WAN口和LAN口，WAN口是接外网的（从Modem出来的或者从上一级路由器出来的），LAN口是接内网的，现在路由器都带无线功能，本质上无线接入就是LAN。

二、 IP地址

1、基本概念

1） IP地址是Internet中主机的标识,本质: 二进制

IP地址一般分割为 ４个八位二进制的数（４字节－32位）

2） Internet中的主机要与别的机器通信必须具有一个IP地址

3） IP地址(长度)为32位（IPv4 ）,128位（IPv6） ，目前ipv6还未普及，主要学习ipv4

4）每个数据包都必须携带目的IP地址和源IP地址，路由器依靠此信息为数据包选择路由

5）表示方法 : 点分十进制

点分十进制表示就是用4组从0~255的数字，来表示一个IP地址。

2、 ip地址划分(IPv4)

二级划分 ip=网络号+主机号

网络号： 网络号:表示是否在一个网段内,用于区分网段（同一网段为同一局域网 ） 表示是否在一个网段内（局域网）

主机号：标识在本网段内的ID，同一局域网不能重复

主机号的第一个和最后一个都不能被使用，第一个作为网段号，最后一个最为广播地址。

复制代码

A类：0开头，网络号七位，主机号24位（不能全0或全1，全0或全1是网段分隔）`
`网络号取值范围：1.0~127.255`
`主机号取值范围：1.0.0.1~126.255.255.254`
`A类：(0.0.0.0-127.255.255.255)（默认子网掩码：255.0.0.0）`
`第一个字节为网络号，后三个字节为主机号(一个字节占8位)。该类IP地址的最前面为"0"，因为网络号是8位,所以地址的网络号取值于 0~127之间(0000 0000)(0111 1111)。`
`一般用于大型网络,主机号取值在0 - 2 ^24之间.  127.0.0.1：本机回环地址    10`

`B类：10开头，网络号14位，主机号16位，每个网段最多65534个主机号`
`网络号取值范围：128.0~191.255`
`主机号取值范围：128.0.0.1~~191.255.255.254`
`B类：(128.0.0.0-191.255.255.255)（默认子网掩码：255.255.0.0）`
`前两个字节为网络号，后两个字节为主机号。该类IP地址的最前面为"10"，所以地址的网络号取值于128~191之间。`
`一般用于中等规模网络。`

`C类：110开头，网络号21位，主机号8位，每个网段254个主机号`
`网络号取值范围：192.0.0~223.255.255`
`主机号取值范围：192.0.0.1~~223.255.255.254   `
`C类：(192.0.0.0-223.255.255.255)（子网掩码：255.255.255.0）`
`前三个字节为网络号，最后一个字节为主机号。该类IP地址的最前面为"110"，所以地址的网络号取值于192~223之间。`
`一般用于小型网络(一般教室使用的是C类)。`

`D类（组播地址）：224.0.0.1~~239.255.255.254`
`D类：(224.0.0.0- 239.255.255.255)是多播地址。`
`该类IP地址的最前面为"1110"，所以地址的范围取值于224~239之间。`
`一般用于组播用户，组播通信。`

`E类：保留待用   11110`
`E类：是保留地址。该类IP地址的最前面为"1111"，所以地址的取值取值于240~247之间。`
`一般是一些保密单位用得到，平时基本不会用到`

`

主机号要求：掐头去尾，全0不行，全1不行

3、特殊地址

0.0.0.0：在服务器中，0.0.0.0指的是本机上的所有IPV4地址，如果一个主机有两个IP地址，192.168.1.1 和 10.1.2.1，并且该主机上的一个服务监听的地址是0.0.0.0,那么通过两个ip地址都能够访问该服务。

127.0.0.1：回环地址/环路地址，所有发往该类地址的数据包都应该被loop back。

4、命令：ifconfig 查看配置

5、子网掩码

● 子网掩码：是一个32位的整数，作用是将某一个IP划分成网络地址和主机地址；

● 子网掩码长度是和IP地址长度完全一样；

● 网络号全为1，主机号全为0 ；

将IP地址拆分成网络号和主机号

网络号：IP与子网掩码相与结果为网络号

公式：网段号=IP & MASK（子网掩码）

主机号：子网掩码取反，与IP相与为主机号

公式：主机号=IP&（~MASK）

A 255.0.0.0

B 255.255.0.0

C 255.255.255.0

例、

192.168.75.129

255.255.255.0

复制代码

1100 0000 1010 1000 0100 1011 1000 0001.`
`1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000`
` ip & 子网掩码 1& a=a  0&a=0`
` 192.168.75.0`
 
` ip & (~子网掩码)`
` 1100 0000 1010 1000 0100 1011 1000 0001.`
` 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111`
` 0.0.0.129`
`

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假设： 1000台计算机接入同一局域网，要求不能浪费ip

C类254、B类65534

子网号概念二次组网

三级地址 ip=网络号+子网号+主机号

网络号+子网号 - 网段(网络地址)

2byte+6bit 10bit，B类网只用10位当作主机号

设置子网掩码（直接设置）

255.255.1111 1100 0000 0000

255.255.252.0

练习

练习1

已知一个子网掩码号为255.255.255.192，问，最多可以连接多少台主机？

练习2

某公司有四个部门：行政、研发1、研发2、营销，每个部门各30台计算机接入公司局域网交换机，如果要在192.168.1.0网段为每个部门划分子网，子网掩码应该怎么设置，每个子网的地址范围分别是什么？（4个部门之间不能通信）

255.255.255.192子网掩码

192.168.1.10 00 0000

192.168.1.10 00 0001→192.168.1.1011 1110

192.168.1.129→192.168.1.190

192.168.1.01 000 0000

192.168.1.0100 0001→192.168.1.0111 1110

192.168.1.65→192.168.1.126

192.168.1.11 00 0000

192.168.1.1100 0001 192.168.1.1111 1110

192.168.1.193→192.168.1.254

192.168.1.00 00 0000

192.168.1.0000 0001 192.168.1.0011 1110

192.168.1.1→192.168.1.62

练习3

有两台电脑主机，在最少浪费IP地址的情况下，将172.16.14.4与172.16.13.2划归为同一网段，则子网掩码应该设置为？

172.16.14.4

172.16.0000 1110 .0000 0100

172.16.13.2

172.16.0000 1101.0000 0010

复制代码

172.16.0000 11 10.0000 0100`
`172.16.0000 11 01.0000 0010`
`

三、网络模型

1 、网络的体系结构

网络采用分而治之的方法设计，将网络的功能划分为不同的模块，以分层的形式有机组合在一起。
每层实现不同的功能，其内部实现方法对外部其他层次来说是透明的。每层向上层提供服务，同时使用下层提供的服务
网络体系结构即指网络的层次结构和每层所使用协议的集合
两类非常重要的体系结构：OSI与TCP/IP

2 、 OSI模型

OSI模型是一个理想化的模型，尚未有完整的实现
OSI模型共有七层
OSI现阶段只用作教学和理论研究

物数网传会表应

复制代码

OSI模型`
`OSI模型是最理想的模型`
`物理层：传输的是bit流(0与1一样的数据)，物理信号，没有格式`
`链路层：格式变为帧（把数据分成包，一帧一帧的数据进行发送）`
`网络层：路由器中是有算法的，ip，（主机到主机）（路由的转发）`
`传输层：端口号，数据传输到具体那个进程程序（端到端）`
`会话层：通信管理，负责建立或者断开通信连接`
`表示层：确保一个系统应用层发送的消息可以被另一个系统的应用层读取，编码转换，数据解析，管理数据加密，解密；`
`应用层：指定特定应用的协议，文件传输，文件管理，电子邮件等。`
`

3、 TCP/IP模型

应用层 ：应用协议和应用程序的集合。

传输层 ：端到端，决定数据交给机器的哪个任务（进程）去处理，通过端口寻址

网络层 ：提供设备对设备的传输，可以理解为通过IP寻址机器。

网络接口和物理层 ：屏蔽硬件差异（驱动），向上层提供统一的操作接口。

DNS域名解析协议

4 、常见网络协议

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网络接口和物理层:`
	`ppp：拨号协议（老式电话线上网方式）`
	`ARP：地址解析协议  IP-->MAC`
	`RARP:反向地址转换协议 MAC-->IP`
`网络层:`	
	`IP(IPV4/IPV6):网间互连的协议`
	`ICMP：网络控制管理协议，ping命令使用`
	`IGMP：网络分组管理协议，广播和组播使用`
`传输层：`
	`TCP：传输控制协议`
	`UDP：用户数据报协议`
`应用层：`
	`SSH:加密协议`
	`telnet：远程登录协议`
	`FTP：文件传输协议`
	`HTTP：超文本传输协议`
	`DNS：地址解析协议`
	`SMTP/POP3：邮件传输协议`
`

注意：TCP和IP是属于不同协议栈层的，只是这两个协议属于协议族里最重要的协议，所以协议栈或者模型以之命名了。

四、 TCP和UDP

共同点：都工作在传输层

TCP （即传输控制协议）：

复制代码

是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、`
`数据无失序、数据无重复到达的通信)`
`适用情况：`
`1.SN/QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关的功能通常采用TCP协议`
`2、适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。`
`

UDP ： 用户数据报协议

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UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。`
`即时性`
`1、发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）`
`2、QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议`
`3、流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP方式进行实时数据传输`
`

UDP TCP 协议相同点：都存在于 传输层 ，全双工通信

单工：只能单方向传输信息

半双工：在同一时刻只能单方向传输信息

全双工：可以双向同时传输信息

1 、 TCP：全双工通信，面向连接，可靠

TCP（即传输控制协议） ：是一种面向连接的传输层协议 ，它能提供高可靠性通信

(即数据无失误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)。

高可靠性原因 ：

三次握手,四次挥手机制
序列号和应答号机制
超时/错误重传机制

适用场景:

适合于对传输质量要求较高的通信

在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议

微信 /QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关的功能通常采用TCP协议

2、UDP：全双工通信，无连接，不可靠

UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。

适用场景

发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）

适合于广播/组播式通信中。

QQ/ 微信 等即时通讯软件 的 音视频通讯通常采用UDP协议

3、 Dos(拒绝式服务)攻击？

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DOS：即Denial Of Service，拒绝服务的缩写，拒绝服务，DOS攻击即攻击者想办法让目标机器停止`
`提供服务或资源访问，这些资源包括磁盘空间、内存、进程甚至网络带宽，从而阻止正常用户的访问。`

`要对服务器实施拒绝服务攻击，主要有以下两种方法: `
`①迫使服务器的缓冲区满，不接收新的请求；`
`②使用IP欺骗,迫使服务器把合法用户的连接复位,影响合法用户的连接，这也是DoS攻击实施的基本思想。`
`为便于理解，以下介绍一个简单的DoS 攻击基本过程：攻击者先向受害者发送大量带有虚假地址的请求，`
`受害者发送回复信息后等待回传信息。由于是伪造地址，所以受害者一直等不到回传信息，`
`分配给这次请求的资源就始终不被释放。当受害者等待一定时间后，连接会因超时被切断，`
`此时攻击者会再度传送一批伪地址的新请求，这样反复进行直至受害者资源被耗尽，最终导致受害者系统瘫痪。`
`

五、编程预备知识

1、 socket简介

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1》1982 - Berkeley Software Distributions 操作系统引入了socket作为本地进程之间通信的接口`
`2》1986 - Berkeley 扩展了socket 接口，使之支持UNIX 下的TCP/IP 通信`
`3》现在很多应用 (FTP, Telnet) 都依赖这一接口 `

`Socket`
` 1、是一个编程接口`
` 2、是一种特殊的文件描述符 (everything in Unix is a file)`
` 3、并不仅限于TCP/IP协议`
` 4、面向连接 (Transmission Control Protocol - TCP)`
` 5、无连接 (User Datagram Protocol -UDP )`
 
`为什么需要Socket？`
`  普通的I/O操作过程 `
`  •打开文件－＞读/写操作－＞关闭文件 `
`  •TCP/IP协议被集成到操作系统的内核中，引入了新型的"I/O"操作 `
`  •进行网络通信的两个进程在不同的机器上，如何连接？`
`  •网络协议具有多样性，如何进行统一的操作 `
`需要一种通用的网络编程接口：Socket`
`

2、 socket类型--

流式套接字(SOCK_STREAM) TCP

提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。

数据报套接字(SOCK_DGRAM) UDP

提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收。

原始套接字(SOCK_RAW)

可以对较低层次协议如IP、ICMP直接访问。

3、 socket作用

4、 Socket的位置

六、端口号

为了区分一台主机接收到的数据包应该转交给哪个进程来进行处理，使用端口号来区分
TCP端口号与UDP端口号独立
端口用两个字节来表示 2byte（65535个）

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众所周知端口：1~1023（1~255之间为众所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系统占用）`
`已登记端口：1024~49151    （选1000以上10000以下） `
`动态或私有端口：49152~65535`
`

七、字节序

小端序（little-endian） - 低序字节存储在低地址

大端序（big-endian） - 高序字节存储在低地址

网络中传输一字节以上的带类型的数据（比如short、int），必须使用网络字节序，即大端字节序。

查看主机是大端序还是小端序。

网络传输中,需要将每个主机的主机字节序(CPU决定),转换为网络中统一顺序的网络字节序

才能供双方主机去识别

只需要转换IP和port就可以,不需要转换传输的数据包的字节序

因为IP和port为 4个字节和2个字节, 而数据报一般都为char类型, 占一个字节

根据字节序的性质,内存存储大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序 。

所以char类型并不具有字节序的概念

1.主机字节序到网络字节序（小端序->大端序）

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#include <arpa/inet.h>`
`u_long htonl` `(u_long hostlong);` `//host to internet long`
`功能：将无符号整数hostlong从主机字节顺序转换为网络字节顺序。`
`#include <arpa/inet.h>`
`u_short htons` `(u_short short);`  `//掌握这个`
`功能：将无符号短整数hostshort从主机字节顺序到网络字节顺序。`
`

2.网络字节序到主机字节序（大端序->小端序）

复制代码

#include <arpa/inet.h>`
`u_long ntohl` `(u_long hostlong);`
`功能：将无符号整数netlong从网络字节顺序转换为主机字节顺序。`
`#include <arpa/inet.h>`
`u_short ntohs` `(u_short short);//端口 2byte`
`功能：将无符号短整数netshort从网络字节顺序转换为主机字节顺序。的`
`

复制代码

#include <stdio.h>`
`#include <arpa/inet.h>`

`int main(int argc, char const *argv[])`
`{`
`    int a = 0x12345678;`
`    //小端转大端`
`    int b = htonl(a);`
`    printf("%#x\n", b);`
`    //大端转小端`
`    int c = ntohl(b);`
`    printf("%#x\n", c);`
`    return 0;`
`}`
`

八、 IP地址转换

1 、 inet_addr 主机字节序转换为网络字节序

复制代码

#include<sys/socket.h>   `
`#include<netinet/in.h>               `
`#include<arpa/inet.h>`
`in_addr_t`  `inet_addr(const` `char` `*strptr);`  `//该参数是字符串`
 
`typedef` `uint32_t` `in_addr_t;`
`struct` `in_addr` 
`{`
    `in_addr_t s_addr;`
`};`
`功能:  主机字节序转为网络字节序`
`参数:`  `const` `char` `*strptr: 字符串`
`返回值: 返回一个无符号长整型数(无符号32位整数用十六进制表示),` 
`      否则NULL`

`

2 、 inet_ntoa 网络字节序转换为主机字节序

复制代码

#include <sys/socket.h>`
`#include <netinet/in.h>`
`#include <arpa/inet.h>`
`char` `*inet_ntoa(struct` `in_addr inaddr);`
`功能:   将网络字节序二进制地址转换成主机字节序。 `
`参数:`  `struct` `in_addr in addr  : 只需传入一个结构体变量`
`返回值:  返回一个字符指针, 否则NULL;`
`

网络编程基础知识

课程简介

学习形式以及要求

网络发展史

internet历史

一、 局域网和广域网

1.局域网（LAN）

2 . 广域网 （Wan）

光猫

交换机与路由器

二、 IP地址

1、 基本概念

2、 ip地址划分(IPv4)

3、 特殊地址

4、 命令：ifconfig 查看配置

5、 子网掩码

子网号概念 二次组网

练习

三、 网络模型

1 、 网络的体系结构

2 、 OSI模型

3、 TCP/IP模型

4 、 常见网络协议

四 、 TCP和UDP

1 、 TCP：全双工通信，面向连接，可靠

2、UDP：全双工通信，无连接，不可靠

3、 Dos(拒绝式服务)攻击？

五 、 编程预备知识

1、 socket简介

2、 socket类型--

3、 socket作用

4、 Socket的位置

六 、 端口号

七 、 字节序

1.主机字节序到网络字节序 （小端序->大端序）

2.网络字节序到主机字节序（大端序->小端序）

八、 IP地址转换

1 、 inet_addr 主机字节序转换为网络字节序

2 、 inet_ntoa 网络字节序转换为主机字节序

一、局域网和广域网

2 . 广域网（Wan）

1、基本概念

3、特殊地址

4、命令：ifconfig 查看配置

5、子网掩码

子网号概念二次组网

三、网络模型

1 、网络的体系结构

4 、常见网络协议

四、 TCP和UDP

五、编程预备知识

六、端口号

七、字节序

1.主机字节序到网络字节序（小端序->大端序）