本章目录
一 C/S架构
二 网络通讯的基本要素
三 网络通信协议
什么是网络编程
网络通常指计算机中的互联网，是由多台计算机通过网线或者其他媒介相互链接组成的。编写基于网络的应用程序的过程称之为网络编程。
为什么要学习网络编程
大家是不是都在电脑上玩过游戏，不知道你玩的是什么游戏呢？使命召唤？穿越火线？英雄联盟？不管是什么游戏反正游戏就是分两种，一种单机游戏，另一种网络游戏，单机游戏呢是可以不联网一个人玩的（然而现在很多单机游戏都有多人联机，和网络游戏有啥区别，有啥区别！！！），网络游戏是联网，很多玩家一起玩的游戏。那么多人游戏究竟是怎么实现的呢，其实他们是进行了不同的计算机之间的互相传递数据，学习网络编程就是学习利用网络与另一台计算机互相传输数据，开发出支持网络通讯的应用程序。（还不赶紧学起来，学完你也可以做网络游戏了）。
一 C/S构架
网络编程指开发通过网络来访问另一台计算机数据的程序，这样必然需要至少两台计算机，一台计算机上放着要分享的数据和用于分享数据的程序，另一台计算机上运行着访问数据的程序。我们把提供数据的一方称之为服务器（Server），把访问数据的一方称之为客户端（Client），这便是C/S构架。
在我们生活中其实我们就已经使用到了C/S构架的程序了：我们在电脑上使用的爱奇艺视频，它就是一个客户端程序，爱奇艺公司的机房中运行着爱奇艺视频的服务器程序，就是C/S构架的程序。
另外浏览器也可以访问服务器上的网页数据，称之为B/S，其实质也是C/S构架，只不过客户端是浏览器而已，即B/S也是一种C/S构架。
二 网络通讯的基本要素
1.物理连接介质，包括：网线、无线、光纤等。
2.通讯协议：协议就是标准，大家遵守相同的标准才能正常的交流通讯。
三 网络通讯协议
协议是由发送方和接受方共同制定的。
OSI七层模型
1.什么是OSI
Open Systeam Interconnection Reference Model，开放式系统互联通信参与模型，缩写为OSI，是由国际标准组织推出的。OSI把整个通信过程划分为七层，简称OSI七层模型。
四层 五层 七层
2.为什么需要OSI
OSI就是相当于计算机界的通用语言，只要按照OSI规定的标准来通讯，就能够与全世界任何一台计算机通讯。
3.OSI各层工作原理解析
一 物理层
物理层的由来：不同计算机之间想要互相传输数据，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网。
物理层的功能：基于电子器件发送电流信号，根据电流的高低可以对应数字0和1，也就是二进制数据。
二 数据链路层
数据链路层的由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思。数据链路层便是通过一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。
以太网协议：以太网协议（Ethernet）工作在数据链路层，其规定了电信号分组方式，以及一组电信号应该包含哪些内容。
Enternet规定如下：
- 一组电信号构成一个数据包，叫做 帧。
- 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分。
head包含：（固定18个字节）
- 发送者/源地址 ，6个字节
- 接受者 / 目标地址 ， 6个字节
- 数据类型 （标签+以太标签），6个字节
data包含：（最短46字节，最长1500字节）
- 数据包具体内容
head长度+data长度=最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送。
mac地址：
head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址。
mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）。
广播：
有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）。
ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼。
交换机的作用：负责让网络中的计算机能够互相通信，并且进行优化网络传输。
如何优化网络传输：
当pc1想要与pc2通讯前
1.需要知道pc2的mac地址，所以必须先将这个信息广播给所有的计算机。
2.这个信息必须交给交换机，再由交换机广播出去。
3.pc2收到消息后发现目标的mac地址就是自己，就回复数据给发送方。
4.回复也必须交给交换机，此时交换机就会记录pc2的mac地址与网口对应关系存到自己的缓存中。
5.下一次再要给pc2发送数据时从缓存中查找pc2的mac地址。
6.如果找到了就直接单独给pc2发送，不在需要广播。
7.如果没有则重复之前的广播过程
这一项功能被称之为自动学习过程。
上述过程如下图：
交换机的原理：类似于早期的电话交换机，电话线打到总台，总台问你要找几号，然后将电话线插到相应的口上。
三 网络层
网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难（广播风暴就是这么产生的）。
上图结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关。
网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址。
IP协议：
- 规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
- 范围0.0.0.0-255.255.255.255
- 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1
IP地址分成两部分
- 网络号：标识子网
- 主机号：标识主机
注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网
例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网。
IP地址的分类：
A类保留给政府机构 ：10.0.0.1 - 10.255.255.254
B类分配给中等规模格式：172.16.0.1 - 172.31.255.254
C类分配给任何需要的人：192.168.0.1 - 192.168.255.254
D类用于组播
E类用户实验
我们的电脑ip通常都是C类的，以192.168开头，正因为C类任何人都可以用。
子网掩码（判断IP地址是否处于同一子网即局域网中）：
所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。
知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，
172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001
255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0
172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010
255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0
结果都是172.16.10.0，因此它们在同一个子网络。
总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
IP数据包
ip数据包也分为head和data两部分，无需为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网协议数据包的data部分。
head：长度为20到60字节。
data：最长为65515字节
但是需要注意的是，以太网协议数据包的data部分，最长只有1500字节，因此，如果ip数据包超过了1500字节，他就需要分割成几个以太网协议数据包，分开发送。
ARP协议（获取接收方的MAC地址）
ARP协议的由来：IP通常是动态分配的，是一个逻辑地址，二数据传输则必须依赖MAC地址，那如何才能通过IP得到对方的MAC地址？ARP协议就是解决这个问题的大佬。
ARP协议的功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的MAC地址。
使用ARP协议的情况有两种，一种是需要进行数据交换的两台计算机处于同一子网中，另外一种是两台计算机处于不同的子网中，接下里就来分别说说这两种情况。
案例一：主机192.168.1.101 访问 192.168.1.102 （处于同一子网的两台计算机）
使用子网掩码和IP地址进行AND运算得知两台主机处于同一子网中，此时ARP数据帧内容如下：
1.FF:FF:FF:FF:FF 是一个特殊的MAC地址，交换机在看到这个mac地址时会将数据向国内所有主机进行广播。
2.192.168.1.102收到ARP请求后，回复自己的MAC地址给源MAC主机。
3.发送方（192.168.1.101 ）收到回复后，会将对方的IP的MAC地址映射关系储存到缓存中，以便下次使用。（使用cmd命令 arp -a 可以查看本机ARP缓存地址）
确定对方MAC地址后的需要再次发送时可以直接在ARP缓存地址中找到目标的MAC地址，此时数据帧内容如下：
案例2：主机192.168.1.101 访问 192.168.111.101（处于不同子网的两台计算机）
使用子网掩码和IP地址进行AND运算得知两台主机处于不同子网中
1.交换机发起ARP请求，将目标IP设置为对方的网管IP，默认情况下，网关的主机号都为1，所以接收方的网关为192.168.111.1。
发送方交换机发起的ARP数据帧：（此时不进行数据的传输）
2.接收方网关收到请求后发现IP是自己的IP则回复ARP请求，将其MAC地址告知发送方交换机。
3.发送方交换机将对方网关的MAC地址与IP存储到自己的ARP缓存中
4.告知发送方（192.168.1.101）对方网关的MAC地址，发送方同样将对方网关MAC地址与目标IP映射关系存储到本机的ARP缓存列表中，至此ARP请求结束，可以开始传输数据。
后续确定了MAC地址后发送数据帧的内容：
总结：ARP通过广播的方式来获取MAC地址，不在同一子网时ARP得到的是对方网关的MAC地址，数据到达对方网关后，由网关根据IP交给对应的主机，当然对方网关获取主机的MAC也是通过ARP。路由器、交换机都可以称之为网关。
四 传输层
传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序？
答案就是：端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。
传输层功能：建立端口到端口的通信
补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口
TCP协议和UDP协议
TCP协议：可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。
TCP之所以可靠，是因为在传输数据前需要三次握手确认建立连接。
三次握手
1.第一次握手：客户端（主机A）发送位码为syn=1,,随机产生seq number=x的数据包到服务器，服务器（主机B）由syn=1知道，A要求建立连接。
2.第二次握手：主机B接受到请求要确认联机信息，向A发送ack=x+1(主机A的seq+1)，syn=1,seq=y的数据包给B。
3.第三次握手：主机A收到后检查ack 是否正确，即第一次发送的seq+1,以及syn=1是否正确，若正确主机A会在发送ack=y+1(主机B的seq+1),若主机收到后确认ack中的值正确，则连接建立成功。
三次握手的过程实际上是在确认我发的你能收到，你发的我也能收到的过程，从而保证数据传输的可靠性。
TCP协议要求在发送数据后，必须接受对方的回复信息才能确认数据成功发送，如果一段时间内没有收到回复信息，会自动重新发送，如果重试的次数过多则表示链接可能已经中断了！
四次挥手(断开链接过程)
客户端发送断开的信息后，服务器接受信息并返回收到信息，但是此时不断开连接，等待一段时间（确保服务器向客户端传输数据的过程已经结束），此时服务器向客户端发送断开信息，客户端接受并发回返回信息，服务器接受信息后，此时连接可以断开。
四次挥手的目的是保证双方的数据传输已经全部完成，同样是为了保证数据的完整性。
TCP总结：
优点：保证数据传输的完整性。
缺点：由于每次传输都需要确认信息，导致传输效率遍低。
场景：多用于必须保证数据完整性的场景，例如文本信息，支付信息等。
UDP协议：不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。
UDP协议采取的方式与TCP完全不同，其根本不关心，对方是否收到数据，甚至不关心，对方的地址是否有效，只要将数据保发送到网络，便说明都不管了。
UDP总结
优点：由于不需要传输确认信息，所以传输效率高于TCP协议
缺点：传输数据不可能完整
场景：视频聊天，语音聊天等不要求数据完整性，但是对传输数据要求比较高。
五 应用层
应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式
应用层功能：规定应用程序的数据格式。
例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。
