网络编程基础

之前都零零碎碎的看了一些网络编程的基础，做的笔记也乱乱的。这次做个整理，把网络编程的基础知识复习一下，也是学习网络编程的新起点。

什么是网络编程：

指实现相互之间的通信和基本的网络应用原理性（协议）功能的程序，才能称为网络编程。

在通信时，双方必须按照一定的规则才能通信，也就是协议，常见的协议有TCP、UDP等。

OSI七层模型与TCP/IP四层模型：

OSI：

    应用层： 只听过连接网络的相应的应用程序（实际上就是API）

    表示层： 将应用层传来的数据进行格式化转换，例如加密、解密等

    会话层： 控制主机通信链路（开放、关闭等操作）

    传输层： 数据的传输（以TCP、UDP方式）

    网络层： 主机的IP寻址即数据的路由选择

    数据链路层：将数据进行打包，控制物理通信链路

    物理层： 将数据以电子信号的形式发出

TCP：

    应用层

    传输层

    网络层

    网络链路层

 

*OSI七层模型只是网络通信的一个框架，实际上的实现都有相应的软件实现。

 

套接字（socket）

套接字实际上就是一个端点，双方通信的实质就是双方套接字的通信。可以这么认为，要发出的数据通过网卡先传到套接字（当然是虚拟这样认为的）通过物理链路的发送传到另一台主机上，由该主机的套接字接收，然后在传递到网卡上。这样，主机间的通信就简化成双方套接字的通信了。套接字主要有两种，一种是流式套接字（对应TCP），一种是数据包套接字（对应UDP）。

 

结合上面可以这样认为：

主机A的应用程序发出一条数据a（应用层），然后将a进行一系列的格式化(表示层),打开主机的通信链路准备通信(会话层)，选择要以哪种方式来发送此数据(传输层)，根据IP找到主机B的IP地址（网络层），将数据进行打包（数据链路层），将数据以电子信号发出（物理层）-------主机B接收

可以看出数据其实是经过一层层包装后才发送的，所谓包装，就是没传递一层就在数据加上一个包头，有的还会加上包尾。另一台主机接收后是由下往上一层层解包，到其应用层就看到了该数据。这可以看出在寄信时，写好信要先包装，然后寄出，收信人当然是先打开信封然后看到信的。

TCP/IP UDP/IP

上面出现的TCP/IP与UDP/IP，那么什么是TCP/IP与UDP/IP呢？

这是两种不同的传输方式，TCP/IP是面向连接的，传输数据是可靠、准确、可恢复的，在一些重要的通信中常采用该方式，它能保证发送的数据对方一定能收到。 UDP/IP是面向无连接的，传输数据时不可靠、不准确、不可恢复的，但是因为UDP比较简单，所以它的传输效率比较高，在一些视频、图片传输等就采用该方式。

连接与无连接：连接就是服务器一直处于等待的状态，等待客户端的请求，一旦有客户端请求的到来就接受并建立连接，此时双方才可以进行通信。无连接：客户端根据服务器的地址就可以直接进行通信，不用请求，服务器也不用处于等待，所以效率比较高。也就是说服务器要一直处于Listen等待客户端的Connect，然后才Accept进行通信。在编程中（TCP），服务器有两个socket，一个listen,一个accept,客户端有一个socket connect,服务器的listen套接字一直处于监听，当有请求到来时就产生一个accept套接字与客户端的connect套接字进行通信，而listen套接字依然处于监听状态。UDP下则不用进行监听、请求、接受操作。

网络字节顺序与主机字节顺序

在网络通信中，数据必须以一定的格式传输，如果不按照该规则，则可能接收不到想要的消息。

上微机原理课的时候看到一个大端序与小端序的说法，查了一下资料顺便扩展一下知识。

所谓大端序也就是我们说的网络字节顺序，就是将数据的高位存放在低地址端，低位数据存放在高地址端，这里又涉及到一些内存方面的知识了。举个例子：例如一个数据的地址是

0x 0A 0B 0C端序也就是将0x（也就是最高有效位）存放在低地址端，0C存放在高地址端。

读取数据的时候都是从内存的低地址端（也就是栈顶）开始读取的。我们可以举一个例子，以char buf[3]为例，在windows内存中(Intel处理器下)存放模型如下：

        栈底--------------------高地址端-----------------buf[0]

       

        栈-----------------------------------------------------buf[1]

 

        栈顶-------------------低地址端------------------buf[2]

 

这样网络字节存储下读取到的数据就是buf[3]。可见Intel是以小端序存储数据的。

小端序的存放规则与大端序的相反。

常用的API有：

htons()、htonl():将主机字节顺序转换为网络字节顺序

ntohs()、ntohl():将网络字节顺序转换为主机字节顺序

将数据以网络字节顺序存储后就可以保证数据发送的正确了。

 

C/S结构的三次握手与四次挥手

上面说到的主机A与B，其实就是服务器与客户端，也就是C/S结构。

TCP中连接与断开不是一次就响应的，而是经过三次握手与四次挥手。

三次握手简单来说就是：请求->确认->再次确认

           客户端                                     服务器

      请求连接       ->>>SYN=1seq=X->>>     得到SYN=1的位码知道需要建立接

检查位码和确认包<<<-SYN=1 seq=Y ack=1 ACK=X+1 <<<-

                ->>>ack=1seq=Y+1->>>      检查确认包，建立服务

 

四次挥手：

客户端                                     服务器

      请求断开       ->>>FIN=1X->>>     得到FIN=1的终结包知道要断开连接

检查确认包和序号<<<-ACK=1 X+1 <<<-

  检查终结包    <<<-FIN=1<<<-     

                                   ->>>X+2 ->>>         确认断开

 

这些都只是基础知识，更深入的还要依靠以后的学习。也希望能向从事这方面的朋友多多学习。