一、什么是互联网

一、什么是互联网

1、计算机网络的定义

2、计算机的分类

1）按照作用范围分类

个人局域网：热点

2）按照网络的使用者分类

公用网：缴费可以使用的网

专用网：军队

3、网络的网络

由节点和链组成

互联网：网络的网络

1）路由器也是计算机，但不是主机，传输数据是从主机到主机，但路由器是转发作用

2）什么是互联网

3）

边缘部分：主机

核心部分：广域网

4）边缘部分：主机-端系统

端系统有很大的区别，小的主机、摄像头，大的可能是昂贵的计算机

端系统的拥有者可以是个人、单位、isp

4、互联网基础结构发展的三个阶段

1）APPAnet

最初是分组交换

一个分组一个分组的发，最后在组装到一起

83年，TCP/IP协议以后，单个分组交换变成网络互联，90年APPnet结束

2）NSFnet

90年后，大型公司入驻，美国政府淡出运营

3）互联网服务提供者ISP

科研-收费公用

主干ISP全球有十几个：电信、移动、联通

地区ISP大概有十几万个

IXP：互联网交换点，方便地区ISP之间的交换

内容提供者：抖音、快手

需要服务器存放大量视频，需要庞大的网络，跟各级ISP相联，ISP越多，效率越高

4）万维网

信息的传递从文字到声音、视频

二、OSI七层体系结构

一、网络体系结构的形成

（一）计算机网络体系结构的形成

1、两个计算机之间通讯要解决很多问题

2、解决上述问题-提出了分层结构

74年，SNA-APPnet出现但是TCP/IP还没有出现

3、83年，ISO/OSI七层体系结构

此时TCP/IP还没有出现，ISO失败了

失败原因：90年代后，互联网的形成，时常被TCP/IP占领等

4、OSI变成了国际标准

（二）协议与划分层次

1、

1）语法：数据与控制信息

1+名字/2+内容

2）语义：何种控制信息

3）同步：发送之前同步发送内容，双方协调

2、协议的两种形式

3、复杂的计算机网络是层次式的

4、透明传输-QQ、微信传输

文件传输模块：文件大小、格式、名字-QQ/vx

通信服务模块：知道文件发给谁-地区信息-系统

网络接入模块：负责网络接口细节，向上层提供接入和通信服务-网络接口

5、各层需要完成的功能

1）差错控制：转发错误、数据错误

2）流量控制：发送和接收速率

3）分段和重装：下载进度条，下载完整合

4）复用与分用：

复用-一个东西被多个人使用

分用-一个人提供多个服务

tcp协议为不同应用服务是分用，不同应用服务使用同一个协议是复用

5）建立链接和释放：交换数据前后

6、计算机网络的体系结构

二、协议与划分层次

网络的体系结构：各层及其协议的构成

实现：遵循体系结构，用硬件和软件实现

三、OSI七层体系结构

1、除了互联网、局域网内部也可能会分层，局域网可能需要OSI模型

2、传输层/运输层

3、高层负责主机之间的数据传输，底层负责网络之间的数据传输

4、文件传输模块对应高层，通信模块和网络接口模块是底层

5、高层是本地，交给下层的数据或者怎样解析交付的数据，低层，交付的数据怎样发送出去，怎样接收数据交给高层。

6、高层

1）应用层：QQ可以聊天，抖音可以刷视频，浏览器可以浏览网页

2）表示层:QQ聊天的文字数据、抖音视频数据，接到数据后的表示

应用层处理数据，将数据变成视频，变成文字，下层数据越小传输效率越高，表示层就负责压缩和表示

3）会话层：本地的不同应用之间的通信

7、低层

1）传输层：负责数据的传输，上层应用把数据交给传输层，面对不同应用，对端口标注，不同应用对应不同端口

差错校验：端口号

2）网络层：标注不同网络的不同主机IP，从北京到上海，目的地和出发地相当于两个主机，可以寻址，如何将数据从一个IP传到另一个IP

差错校验：地址

3）数据链路层：从北京到上海，出门做那趟公交，每一段怎么走，建立数据传输的通道，管理节点之间或节点和路由器之间数据传输

差错校验

4）物理层：比特流，高低电平、频率

但是物理层还是软件层面的工作，物理传输是传输媒体的工作。物理层考虑怎样解释0和1。

三、TCP/IP协议与五层体系结构

一、TCP/IP协议族四层体系结构

1、tcp/ip和osi对等关系

2、

1）实际上TCP/IP实际只有三层，网络接口层没有内容，链路层使用的各种局域网标准由IEEE委员会下属工作组负责

2）路由器只参与数据转发，不参与数据处理

3）TCP/IP协议的改变

例：Ping命令

不需要传输层，只需要网络层协议

4）理念：网络的核心部分越简单越好，IP层只只负责主机到主机之间的地址

把IP封装好，可以支持多个运输层的协议，多个运输层的协议也可以支持多个应用层的协议，IP向下又支持多个网络，有线/无线

IP支持各种异构网络，只要实现IP，就可以介入互联网

二、五层体系结构

1、应用层-应用层之上是应用APP

1）应用完成特定的功能，定义的是应用进程通信和交互的功能

2）交互的是报文

3）协议：DNS,HTTP,SMTP

2、运输层-UDP/TCP

UDP：不可靠

TCP：可靠传输

进程间的通信-用户数据宝

差错：端口号的正确性

3、网络层

IP数据报-主机和主机之间

差错：IP地址的正确性

4、链路层-节点和节点之间

差错：比特差错

0010-0100

1）丢弃出错

2）可靠传输-检查出错

封装成帧

5、物理层

数字信号-模拟信号

6、服务器提供服务

四、IP地址与端口号

五、socket套接字及TCP实现框架

一、socket套接字

（一）socket套接字

1、本阶段的编程基于应用层的编程实现

2、体系结构：各层及其协议

实现：遵循体系结构，硬件或软件完成

3、常见的网络编程接口

4、socket套接字-抽象概念

socket在五层结构中上面是应用层，下面是传输层，由内核负责

socket用于实现各种功能

（二）socket常用API介绍（函数接口）

1、AIP

可以通过以上函数写中继程序代码

1）创建套接字-设置套接字类型-协议0

2）绑定通信结构体-通信结构体是IP地址和端口号-定位进程

3）3-4函数用于服务端

4）向服务端发起连接请求-用户端

2、三元组

这里的协议主要是TCP和UDP协议

和socket所在的层位置相关

3、绑定ip地址和端口号

通用地址族结构体

sa_family:

AF_UNIX：本地通信

需要文件地址

AF_INET:IPv4

AF_INET6:IPv6(基本不用)

因为绑定通信结构体不能区分本地还是网络，所以有一个通用，然后强制转化

addrlen参数：是用来统一不同的通信方式结构体宽度不同的问题（ipv4/ipv6）

3、网络编程的套接字

TCP/UDP/原始套接字

原始套接字可以访问底层协议

用ICMP实现ping命令

流和数据报套接字都不需要设置协议，一对一，原始套接字对网络层有多个协议可以选择

4、套接字也属于一种文件类型

（三）TCP通信的实现过程

（一）服务端

1、创建套接字只能用socket--返回的是大于0的整数，是一个文件描述符

2、bind：绑定函数，定义通信结构体，绑定到fd上（ip，端口号，协议）

3、listen：服务器函数，tcp服务器和客户端的区别，TCP服务器是一对多，需要建立连接，用队列管理元素

listen负责队列的长度

sockfd:套接字

backlock：长度

4、accept：真正实现通信，把客户端出队，生成newfd套接字，和客户端一对一连接，accept之后才能真正和客户端连接

处理客户端发来的信息，出队队列的地址信息

（二）客户端

1、connect

不需要socket

和绑定函数参数相同

函数总结：

1、int socket(int domain,int type,int protocol);

根据指定的地址族、数据类型和协议来分配一个套接字的描述字及其所用的资源的函数

domain:协议族/域：AF_INET(IPv4),AF_INET6(IPv6),AF_UNIX(本地)

type套接口类型：TCP协议、UDP协议、protocol:一般为0。

2、int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);绑定通信结构体，套接字绑定到一个ip，并制定一个端口号。

3、int listen(int sockfd,int backlog);监听套接字，使主动连接套接字变为被动连接套接字，使一个进程可以接收其他进程的请求。

典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端，当有客户端发起连接时，服务器调用的accept()返回并接受这个连接，如果有大量的客户端发起连接而服务器来不及处理，尚未accept的客户端就处于连接等待状态，listen()声明sockfd处于监听状态，并且最多允许有backlog个客户端处于连接待状态，如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0，失败返回-1。

4、int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);处理客户端发起的连接，生成新的套接字，用于服务端，接收客户端的连接请求，成功返回一个sockfd为文件描述符，用于和客户端通信。

5、int connect(int sockfd,const struct sockaddr,socklen_t addrllen);向服务器发起连接请求

二、TCP通信的实现过程

六、TCP服务器的实现

一、TCP服务起的实现（理论）

（一）socket函数与通信域

1、socket函数

1)协议为0，流式对应唯一的TCP

2）通信地址族

（二）bind函数与通信结构体

通用地址族

1、 通信地址族和通信结构体的关系

2、强转

3、IPv4地址族-三元组

示例：

（三）listen函数和accept函数

backlog：任意函数

二、TCP服务器的实现代码

1、本地环回地址

2、服务端代码结果

空格两次因为buf缓冲区自带一次换行符

3、服务器代码

三、TCP服务器客户端代码

1、客户端的实现要在服务端打开的情况下

2、客户端代码

四、代码优化

1、ip，端口号用main传参的方式

2、三个参数分别是./server ip 端口号

3、优化结果

4、优化代码

client.c

server.c:

七、TCP并发实现

一、TCP多进程并发

1、关闭服务端客户端，先关客户端再关服务端，先关服务端再关客户端，会出现服务端仍然再使用，影响下次使用

解决办法：

2、使用父子进程循环创建并发进程

客户端代码不变，服务端代码：

2、accept接收客户端函数

1）定义两个变量

2）设置ip

3、把代码放到网络上运行

将目录下的所有文件上传到申请的服务器中

实现网络通信：

服务器本地测试：

注册端口号1024~49151

动态端口号49151~65535

服务器上的端口是注册端口号

二、僵尸进程处理

当客户端关闭，子进程结束，但服务端没有关闭，父进程没有回收子进程，会产生僵尸进程

解决：

增加信号机制

SIGCHID：子进程结束，通知父进程

sigaction信号函数

替换为signal函数

三、TCP并发多线程

代码：/net/server1.c

八、实现UDP通信

一、函数接口扩展与UDP通信实现流（一）write/read到send/recv

前三个参数：send和read相同，recv和write相同

MSG_PEEK：123读走，下次还是123

（二）sendto与recvfrom

struct sockaddr *arc_addr:

recvfrom:相当于把接收到的客户端的信息放到了结构体内。

sendto:发送到通讯结构体指定的套接字中

（三）UDP通信的实现过程

1、置空函数

bzero();

头文件：#include<strings.h>

2、atoi：将数字字符串转换成整数

‘8888’->8888

3、htons:网络字节序和主机字节序的转化

4、inet_aton:将点分十进制的字符串转换成一个32位的网路字节序的二进制

5、如果需要缓冲区，缓冲区是需要定义的

BUFSIZ：8192

二、UDP服务器代码

三、UDP客户端代码

服务端客户端通信：

关闭客服端重启，服务端依旧可以收到（和tcp不同）

客户端代码：

九、TCP是如何实现可靠传输的

个功能

URG：紧急指针，置1有效，有一个紧急数据/命令

ACK：确认号，ACK为1，确认号有效

PSH：数据传完了，可以交付给应用，再确认信息中，客户端接收到服务端的缓冲区将满，催促服务端刷新缓冲区

RST:TCP通信过程中发生错误，置1中断

SYN:置1，发起一个连接请求，三次握手

FIN:置1，断开连接，四次挥手

8）紧急指针：紧急数据写到最前

面，紧急数据从哪结束，紧急指针是结束位置

9）窗口：窗口的大小，一次性发送数据的大小

10）检验和：检验TCP数据包的数据是否正确，没有问题交给应用，链路层检验的是bit位，网络层只检验包头，运输层检验整个数据包，以2字节进行计算，和链路层双保险，简单检验。

八股文：csdn-TCP协议中可靠传输的原理

十、TCP连接管理与UDP协议

一、三次握手

1、序号：seq

确认号：ack

2、连接建立-三次握手

 三次握手可以避免：A发送一次，由于没有收到ACK，重新发送，导致B收到重复的报文

3、三次握手的过程

1）服务端创建序列打开

2）客户端发送连接请求报文段

SYN：请求连接

SYN置1，不携带数据，弹药消耗一个序号

3）服务器回应

seq：服务器的序号是y

ack=x+1

y也被消耗1

4）客户端发送

下次发送数据从y+1开始

ACK：一个信号

ack:数据序号

建立连接：

避免SYN请求再次发送

二、四次挥手

1、通讯结束后，通讯双方都可以发起释放连接

2、四次挥手过程

1）第一次回收

tcp不携带数据也会消耗一个u

2）二次挥手

3）三次挥手

A处于关闭状态，没有数据要再次发送，C处于半关闭状态，可能有数据还未发送

4）四次挥手

A收到报文后发送一个确认

确认重传

四次挥手，中间的两次有可能会合并，C发送的数据只有几个字节，有可能和二次挥手一起发完

3、定时器

MSL：最大报文生存周期，C的第二次，没有收到第四次确认，可能重传第三次

2MSL：发送第四次后，C没有接收到，2MSL周期内没有冲床，说明第四次没有问题，第四次重传时间也不会超过2MSL

4、保活计时器

2小时内没有发送客户信息，发送探测报文，没有相应，客户端出现故障，终止连接

三、wireshark介绍

1、运行抓包工具wireshark

sudo wireshark

2、设置抓包内容为icmp

3、ping虚拟机抓包

正好四次：

四、wireshark抓包实验

1、虚拟机巡回抓包不会显示，因为数据不过网卡，只有过网卡的数据才会有显示。

2、https的端口号是443，用的是tcp协议，访问自己的端口号小于1024,需要加sudo

3、连接百度，抓包

4、三次握手

5、四挥手

五、UDP协议

1）无连接

2）不保证可靠交付

3）面向报文，UDP一次交付一个完整的报文

4）没有拥塞控制

5）一对一，一对多，多对多

6）首部开销小，只有8个字节

发送和接收都是一个报文

长度：UDP数据报的长度

检验和：检验数据包的正确性

伪首部：UDP长度和长度相同

十一、IP协议与ethernet协议

一、IP包头-IP数据报的首部格式

（一）IP协议作用和意义

1、链路层-IEEE802组织

2、互联网络

1）路由实现的是ip协议，加路由转发协议等

2）无论是有线还是无线传输，都需要用到ip网

3、透明传输/互联网

TCP/ip的一个含义：运输层和网络层

卫星传输数据，路由接收

（二）IP数据包首部格式

1、版本：一般是IPv4

2、首部长度：4字节*5最少20字节

有可选字段

3、区分服务：优先级

一般情况不使用，使用时才起作用

4、总长度：16位，0~65525

5、标识：16位，随机数，相同的标识是一组

标志：3bit，目前只用了2位

MF：MF = 1,后面还有分片

MF = 0，最后一个分片

DF（最低位）：DF=0允许分片

片偏移：8个字节为偏移单位

7、生存时间：

有些数据不能到达目的地，会在路由之间游走，生存时间可通过路由器数量，最大255，每跳一次减一

8、协议：交付或者接收是标记TCP/UDP或者其他协议

9、首部检验和：只检验首部

10、协议字段指出将数据部分交给哪一个进程

11、ip协议的子协议：ICMP、IGMP

（三）IP数据报分片

1、为什么要分片：在网络中传输，路由器转化数据，但是路由器没有

主机内存大，CPU高，所以内存要更高效的利用

2、MTU是ip数据报的最大长度-1500

3、ip分片

最大数据段是1400

二、以太网包头-链路层协议

1、广播信道-以太网

2、以太网的MAC帧

链路层数据长度最大是1518，MTU1500+目标、源、类型、FCS

最小是64字节

FCS内有CRC算法，循环冗余校验

3、

帧的长度不是整数个字节：由物理层提交，不能多bit

以太网不负责重传丢弃的帧

十二、UNIX域套接字

一、UNIX域套接字理论

（一）流式套接字

只需要套接字文件的路径，不需要ip和端口

（二）域套接字

二、UNIX域流式套接字实现

man bind:示例代码

server代码：

客户端：

实现代码：

三、UNI域数据报套接字实现

1、写入代码