Learning hard 网络编程

1.1网络分层总览

网络上的计算机之所以可以互相通信，是因为它们都遵守着公认的互联网协议，就如同人与人的交流一样，两个人能够交流，就必须知道对方的语言，计算机的网络通信可归结为网络中层与层之间的通信，OSI（Open System Interconnection）模型把网络通信分成7层，物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层，

为了容易理解，网络应用开发人员一般将网络分成5层，物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层，

各层的主要功能，

物理层，负责二进制流的传输，为数据链路层提供一个传输比特流的物理连接，

数据链路层，提供介质访问，加强物理层的输出功能，建立一条无差错的传输路线，

网络层，网络层提供IP寻址和路由选择的功能，因为在网络上，源主机和目的主机可以处在同一个网络中，也可以分散在不同网络中，在由多网络组成的互联网中，会存在多条可以将源主机与目的主机连接在一起的通信线路，网络层的功能就是在这些线路中找出最佳的传输线程，

传输层，传输层为源主机和目的主机的通信提供了数据传输服务，它隔离了网络的上下层协议，使得网络应用与下层协议无关，

应用层，应用层提供面向用户的网络服务，如文件传输服务和远程登陆服务等，不同用户对应用层服务的需求也不一样，所以应用层定义了许多不同的协议，比较常用的有文件传输协议（FTP），超文本传输协议（HTTP），域名解析协议（DNS），简单邮件传输协议（SMTP）和邮局协议（POP3）等，

1.2各层所使用的协议

网络中的计算机互相通信就是实现了层与层之间的通信，为此，各层都要遵守规则以便更好的完成通信，我们把它们之间遵守的规则称作“协议”，

物理层协议，

物理层是五层模型中的最底层，它为计算机之间的数据通信提供了传输媒体和互连设备，为数据传输提供了可靠的环境，其中，媒体包括电缆，光纤和无线信道等，互联设备则指计算机和调制解调器之间的互联设备，如各种插头，插座等，该层的作用是透明的传输比特流（即二进制流），为数据链路层提供一个传输原始比特流的物理连接，

数据链路层协议，

数据链路层是模型中的第二层，该层对物理层传输过来的比特流进行分组，由一组电信号构成的数据包称作“帧”，数据链路层传输的就是以“帧”为单位的数据包，数据链路层最终会把数据包传递给网络层，

字节，如果数据过长，则必须分割成多个帧后在进行发送，

网络层协议，

该层通过寻址（寻址地址 ）来建立两个节点之间的连接，大家知道，电脑连接上网络后都有一个IP地址，通过它我们可以确定不同的计算机是否在同一个子网络上，连接上网络的电脑有两种地址，一种是物理地址，另一种是网络地址，也就是IP地址，要想与网络上的某个计算机进行通信，首先需要用网络地址判断它是否与你的电脑处于同一个子网络，然后在对物理地址（MAC地址）进行处理，从而准确的确定要通信的计算机的位置，

网络层使用的是IP协议，目前广泛采用的是IP协议第4版（IPv4），这个版本规定网络地址由32位二进制位组成，你可以自己配置IP地址，也可以通过自动获得的方式来获得IP地址，IP地址分成两部分，前24位代表网络，后8位代表主机号，例如192.168.254.1和192.168.254.2就处于同一个子网络里，因为这两个IP地址的前24位是相同的，

网络层是以IP数据包的形式来传递数据的，IP数据包同样包括两部分，头（Head）和数据（Data），而且IP数据包是被放进帧数据包中的帧数据部分进行传输的，

传输层协议，

通过MAC和IP地址，你可以找到互联网上任意两台主机来建立通信，但这里有一个问题，主机上使用网络的程序有很多，比如当你一边听歌一边用QQ聊天时，如果网络上发送来一个数据包，主机如何知道它是用于聊天还是用于歌曲的呢，这时需要一个参数，来标识出该数据包是供哪个程序（进程）使用的，这个参数就是端口号，主机用端口号来标识不同的程序（进程），端口号是一个0到65535之间的整数，其中从0到1023的端口号已被系统占用，用户只能选择大于1023的端口号来标识程序，

网络层建立的是主机与主机之间的通信，而传输层则建立了端口与端口之间的通信，这样一旦确定了主机和端口号之后，你就可以实现程序之间的通信了，

传输层有两个非常重要的协议，UDP协议和TCP协议，

采用UDP协议进行通信时，传输的是UDP数据包，这种数据包也是由头和数据两部分组成的，头部分主要用来标识发送方和接收方的端口号，而数据部分则是具体的内容信息，UDP数据包被放在IP数据包中的数据部分，而IP数据包则进一步被放在了帧数据包中的帧数据部分进行传输，

UDP协议的可靠性差，它无法确定对方是否接收到数据，为保证可靠传输，我们可使用TCP协议完成通信，它通过3次握手的方式确保了数据的可靠传输，

应用层协议，

应用层是模型的最顶层，是用户与网络的接口，该层通过应用程序来满足网络用户的应用需求，应用层的数据被放在了TCP数据包的数据部分，该层定义了一个很重要的协议，HTTP协议，一般的Web应用都是基于应用层开发的，

1.3网络程序的工作机制

网络程序与传统单机程序有明显区别，网络程序够与网络上其它计算机中的程序进行通信，

网络上要与其它计算机进行通信，首先需要知道计算机的网络地址，Internet使用IP地址来标识计算机的网络地址，使用端口号来识别不同计算机上的进程，即通过“IP地址+端口号”的方式就可以唯一标识网络上特定计算机的特定进程，

除了需要知道通信程序的地址之外，网络通信也需要一定的规则，我们称之为“协议”，主机A中的程序和主机B中的程序只有采用了同样的协议，它们之间才可以正常通信，

地址有了，通信协议也有了，就可以使用套接字（Socket）来进行通信了，

IP地址，

互联网中，每台计算机（主机）都必须有一个唯一的IP地址，IP地址一般为32位（即4个字节/1个字节等于8位）大小，采用点分十进制的格式来表示，例如192.168.1.10，每个字节用一个十进制的整数来表示，并用点符号来分割各字节，

套接字，

主机A程序将传输信息写入至主机ASocket，然后通过与网卡相连的传输介质将信息传输至主机BSocket，主机B程序读取主机BSocket接收到的信息，将要回复的信息写入至主机BSocket，然后再次通过与网卡相连的传输介质将信息返回至主机ASocket，最后主机A程序读取主机ASocket，

两个程序之间的数据传输是通过套接字来完成的，可以将套接字理解为网络进程通信过程中所使用的一段缓冲区，

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