30 网络编程

思维路线

目的是要链接互联网中的其他计算机

物理层用物理介质链接其他计算机

数据链路层用MAC地址来通讯,但仅限于同一局域网

网络层用ip确定全球范围的某个局域网中的某一台计算机

传输层用端口来确定某一计算机中的某一个进程

应用层组织自己的数据结构,例如json, xml等用于在两个应用程序间交换数据

网络编程

网络通常指的是计算机中的互联网,是由多台计算机通过网线或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序称之为网络编程

学习网络编程就是要学习利用网络来与另一台计算机相互传输数据, 开发出支持网络通讯的应用程序,

c/s结构

学习网络编程就是要通过网络来访问另一台计算的数据,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为客户端(Client)

另外浏览器也可以访问服务器上的网页数据,称之为B/S,其本质上也是C/S只不过客户端是浏览器

学习网络编程 最终的目的就是要编写出一个基于C/S结构的应用程序

两台计算机要想通讯,必须要具备两个基本要素

1.物理连接介质,包括网线,无线电,光纤等

2.通讯协议

通讯协议

    是由发送方和接收方共同商定一套规范

    为什么需要协议
    其目的是是为了双方能正确解析数据

OSI

Open System Interconnection Reference Model，开放式系统互联通信参考模型,缩写为OSI

,OSI把整个通讯过程划分为七层,简称OSI七层模型

物理层 
 通过物理介质建立物理连接  
可以发送1010101 二进制数据 但是单纯二进制 无法理解

数据链路层

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,

ethernet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
接收者／目标地址，6个字节
数据类型(标签+以太类型)，6个字节

data包含：(最短46字节，最长1500字节)

数据包的具体内容

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:

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）

每个局域网 第一个ip是网络地址 最后一个ip是广播地址
如:192.168.13.     0 - 255    所以可用范围是:  1-254
路由器 也是一种交换机

广播

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

广播风暴

有了链路层   理论上全世界的计算机就能连到同一个网络了
但是我们不可能将所有计算机设备连到同一个交换机
广播风暴:  当 很多同一网络中的计算机 同时发送广播 就会形成广播风暴  导致网络瘫痪

交换机不仅负责让网络中的计算机能够互相通信,还要优化网络传输,

如何优化呢?

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.这个信息必须先交给交换机,再由交换机广播出去,

3.pc2收到消息消息后发现目标MAC是自己,就回复数据给发送方,

4.而回复也必须先交给交换机,此时交换机就会记录pc2的MAC地址与网口号的对应关系存到自己的缓存中,

5.下一次在要给pc2发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

这一优化功能称之为自动学习功能

第一次链接某计算机时必须广播获取MAC地址

只要链接过一次 MAC地址就被交换机记录下了下一次就不用广播了

IP协议

IP协议是工作在网络层的协议,全称:Internet Protocol Address,翻译为互联网协议地址

ip协议规定 每一个计算机设备要联网 必须分配一个Ip
地址
ip是一个逻辑地址  不是固定的 可能会变化

物理存在 相反的 逻辑 存在

ip协议定义的地址称之为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

ip地址在mac地址基础上加入网络地址的概念

 有了网络地址之后 就可以缩小广播范围

一个ip地址通常写成四段十进制数，例：192.168.10.1
网络号：标识子网
```
用于表示所在的局域网
```
主机号：标识主机

用于表示这个主机在局域网中的位置

IP地址的分类:

A类保留给政府机构

1.0.0.0---126.0.0.0

B类分配给中等规模公司

128.0.0.0---191.255.0.0

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类用于实验

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

子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。

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。

为什么需要子网掩码

单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，无法辨识一个ip所处的子网例：192.168.10.1与192.168.10.2并不能确定二者处于同一子网,因为不清楚哪些位表示网络号,哪些表示主机号

子网掩码如何判断两个ip是否属于同一个子网

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。

案例: 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。