网络编程基础一

一、架构

两种常见的架构：C/S架构(客户机/服务器)和B/S架构(浏览器/服务器，也属于C/S架构的一种)。

　　C/S架构优点：

• 能充分发挥客户机的性能
• 由于只有一层交互，因此响应速度较快，安全性高

　　C/S架构缺点：

• 用户群固定,需要下载客户端才能使用
• 维护成本高

　　B/S架构优点：

• 客户端无需安装，有浏览器就行，跨平台
• B/S架构可以直接放在广域网上，通过一定的权限控制实现多客户访问的目的，交互性较强
• 统一了应用的接口

　　B/S架构缺点：

• 跨浏览器问题
• 在速度和安全性上需要花费巨大的设计成本

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二、通信

网络编程基本上都是基于请求/响应方式的，即一个设备发送请求数据给另外一个，然后接收另一个设备的反馈。

　　MAC地址：物理地址，由网卡决定的，是固定且唯一的。在OSI模型中第二层数据链路层负责。

　　IP地址：四位点分十进制，在计算机内部存储时只需要4个字节即可。在OSI模型中第三层网络层负责。标识了计算机在网络中的位置。可以使用IP或域名来标识网络上的一台设备。

　　域名：由于IP地址不方便记忆，给IP取一个字符的名字，IP和域名之间存在一定的对应关系。在网络中只能使用IP地址进行数据传输，所以在传输以前，需要把域名转换为IP，这个由DNS的服务器完成。

　　端口：规定一个设备有2¹⁶个，即65536个端口，每个端口对应一个唯一的程序。每个网络程序，无论是客户端还是服务器端，都对应一个或多个特定的端口号。由于0-1024之间多被操作系统占用，所以实际编程时一般采用1024以后的端口号。使用端口号，可以找到一台设备上唯一的一个程序。

如果需要和某台计算机建立连接的话，只需要知道IP地址或域名即可，但是如果想和该台计算机上的某个程序交换数据的话，还必须知道该程序使用的端口号。

　　环回地址：网络ID为127的IP地址，用于一台主机的客户端与服务器端通过TCP/IP进行通信或者本机进程间通信，127.0.0.1。

　　交换机：是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

• 交换机的通信方式：广播、单播、组播
• 交换机的传输模式：全双工，半双工，全双工/半双工自适应

　　利用交换机的通信：源主机发送一个请求帧给交换机，其中包含自身ip地址、mac地址，目标ip地址；交换机广播这条消息给其他所有的主机；目标主机接收到消息后,比对ip,回复给交换机信息，其中包含自身ip地址、mac地址，目标ip地址、mac地址；交换机以单播形式返回给源主机。

　　路由器：连接不同网段。路由则是通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。路由发生在OSI网络参考模型中的第三层即网络层。

　　网关：一个网络连接到另一个网络的“关口”。要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。类似于一个局域网的出口和入口。

　　网段：一个局域网内的ip地址范围。

　　子网掩码：指明一个ip地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码和ip地址进行与运算&得到网段。

　　arp协议 :  通过目标ip地址获取目标mac地址的一个协议。

　　OSI模型：

应用层(应用层、表示层、会话层)	http协议、https协议、ftp协议
传输层	tcp协议、udp协议	四层交换机、四层路由器
网络层	ip协议	路由器、三层交换机
数据链路层	arp协议	网卡、网桥、以太网交换机
物理层		集线器、网线、光纤

 　　socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对于用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。网络通讯其实就是Sokcet间的通讯，数据在两个Sokcet间通过IO传输。

　　socket（套接字）有两个种族，分别是基于文件类型（AF_UNIX）和基于网络类型（AF_INET）

　　TCP是可靠的、面向连接的协议、传输效率低全双工通信（发送&接收）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器、电子邮件、文件传输程序。

　　UDP是不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统（DNS）、视频流、IP语音。

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TCP/IP三次握手与四次挥手

　　ACK：确认收到

　　SYN：请求连接的一个标识

　　FIN：请求断开的一个标识

三次握手：

　　所谓“三次握手”就是TCP连接建立的过程，即需要客户端与服务端总共发送三个包（所以着重记忆这三个包就可以了）以确认连接的建立。

　　通过“三次握手”保证了客户端与服务器建立的是双工连接，而可靠性是更多是通过重发机制实现的。

　　在Socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发。

过程：首先Client端发送连接请求报文，Server段接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源，将客户端加入等待链接队列。Client端接收到ACK报文后也向Server段发生ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。

白话：一定是由客户端发起请求连接服务器；服务器回复接收到的请求,并要求连接客户端；客户端回复可以连接

 四次挥手：

　　所谓“四次挥手”就是关闭TCP连接的过程，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认双方连接的断开。

　　同样是保证TCP连接的全双工连接。

　　在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。

 

过程：假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说"我Client端没有数据要发给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，"告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，"告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。TCP连接就这样关闭了！

白话：任意一方发起断开连接的请求：我想和你断开连接，我没有数据要继续发送了，但如果你有数据需要发送，我可以继续接收；服务器回复：我接收到你的请求了；服务器发送：我已经准备好断开连接了；客户端回复：收到你的信息，断开连接。

注意：当客户端进入time-wait后，如果2MSL时间内不在收到服务器端的fin报文，说明服务器端已经收到客户端的ACK应答报文，客户端socket进入closed状态。但是因为网络原因服务器未收到ACK，那么服务器会认为之前发送的的FIN，客户端没有收到，则会继续发送FIN报文，直到收到来自客户端的ACK报文。

问题：为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

问题：交换机和路由器的区别？

答：交换机的主要功能是组织局域网,经过交换机内部处理解析信息之后,将信息以点对点,点多对的形式,发送给固定端；路由器的主要功能:是进行跨网段进行数据传输，路由选择最佳路径。