day33 网络编程（下）

上节课回顾：
一、传输层
二、应用层
三、socket
四、如何获取目标ip地址
五、网络通信的流程

上节课回顾：

通过ip地址如何找到另外一台设备

ip地址分为子网部分和主机部分

我们要和其他计算机沟通时，要知道对方的ip地址和子网掩码

强调：此处我们获取的对方的ip地址，并非对方真正的子网ip地址，而是通过网关加工给外界暴露出来的公网ip地址，在局域网内部子网ip地址和公网ip地址会有一个映射关系

用ip中的子网部分和子网掩码进行and运算得出我们两台机子是不是在同一个局域网内

这在里arp协议会把对方ip地址自动解析成mac地址（如果是统一局域网内，解析出来的是对方设备的ip地址，如果是不同局域网内，解析出的是对方网关的ip地址）

如果在一个局域网，我们可以直接获取目标设备mac地址进行通讯

如果不在一个子网，我们只能获得网关mac，进入对方局域网后，进行广播，所有接受到的设备对数据解包，如果发现ip地址和自己相同，进行数据分析

一、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

ip+端口===》标识世界范围内独一无二的一个基于网络通信的应用程序

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。

以太网头--------ip头------------tcp头-------------数据

速度慢，由于每次数据传输都要回应，但是数据可靠

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。

以太网头--------ip头------------udp头-------------数据

速度快，不需要对方确认，所以不用建立链接，可能丢失

tcp报文

tcp三次握手和四次挥手

三次握手建立链接：

建立链接是为了传输数据

第一次握手：客户端向服务端提出建立链接的请求

第二次握手：服务端回应客户端的请求，此时客户端到服务端的单向通道建立完成，可以开始发数据，并且请求客户端和服务端建立链接

第三次握手：客户端回应服务端的请求，此时服务端到客户端的单向通道建立完成，可以回应信息了

数据传输

客户端发起请求（通常很小）：想要获取服务端某些数据

服务端接受数据返回客户端想要的数据：响应并回信

四次挥手断开链接：

断开链接时，由于链接内有数据传输，所以必须分四次断开链接

第一次挥手：服务端告诉客户端，你想要的数据已经传输完毕

第二次挥手：客户端接受到服务端的数据，返回告诉服务端，我成功收到你的数据

第三次挥手：在第二次挥手的同时，客户端告诉服务端，我的请求完毕了，断开连接吧，此时断开客户端与服务端的链接

第四次挥手：服务端接受到数据，并返回告诉客户端，我也断开链接了，此时断开服务端到客户端的链接

一般情况下服务端都处于listen状态，如果大量处于time-wait状态的话说明正在经历高并发

tcp协议的半链接池

如果同时有多个客户端来访问我的服务端，此时我的客户端无法响应所有的客户端，会把一部分客户端的请求放在半连接池内，排队，如果半链接池也满了，就再外面等着

二、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”。

总结：应用层是数据的起始，我们要把应用层的数据传输下去就要在前面加个tcp头或者其他自定义的传输方式，但是总要有一个头来定义我数据的格式大小等等信息

三、socket

我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程，在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程，但PID只在本地唯一，网络中的两个进程PID冲突几率很大，这时候我们需要另辟它径了，我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样我们可以利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程。

能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了，什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

总结：socket就是把应用层以下的全都整合到一起，我们要修改，只要对socket修改就行了

四、如何获取目标ip地址

想实现网络通信，每台主机需具备四要素

本机的IP地址
子网掩码
网关的IP地址
DNS的IP地址

获取这四要素分两种方式

1.静态获取

即手动配置

2.动态获取

通过dhcp获取

以太网头--------ip头--------------udp头----------------dhcp数据包

（1）最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

（2）后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。

（3）最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。

这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。

接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。

新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数

总结：

计算机进行传输数据之前必须有这四个要素：本机的IP地址，子网掩码，网关的IP地址，DNS的IP地址

获取这些数据有两个途径，1.手动设置 2.通过dhcp动态获取

在一开始的时候，我只有我的mac地址，我们要找到dhcp服务器告诉他，我需要知道我的计算机信息，此时关于传输信息我们什么都不知道

所以在此设置一下

我的ip地址：0.0.0.0，对方的ip地址：255.255.255.255，对方的mac地址FF-FF-FF-FF-FF-FF

在同一子网内广播，所有的设备都接受到了这个数据包，先看mac地址，还不知道是给谁的，再打开ip头，这个时候发现了0.0.0.0和255.255.255.255这个时候，dhcp知道了这个数据是给我的，其他计算机都会把这个包丢掉。

读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。

五、网络通信的流程

1.本机获取

本机的IP地址：192.168.1.100
子网掩码：255.255.255.0
网关的IP地址：192.168.1.1
DNS的IP地址：8.8.8.8

2.打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。

3.dns协议(基于udp协议)

13台根dns：

A.root-servers.net198.41.0.4美国

B.root-servers.net192.228.79.201美国（另支持IPv6）

C.root-servers.net192.33.4.12法国

D.root-servers.net128.8.10.90美国

E.root-servers.net192.203.230.10美国

F.root-servers.net192.5.5.241美国（另支持IPv6）

G.root-servers.net192.112.36.4美国

H.root-servers.net128.63.2.53美国（另支持IPv6）

I.root-servers.net192.36.148.17瑞典

J.root-servers.net192.58.128.30美国

K.root-servers.net193.0.14.129英国（另支持IPv6）

L.root-servers.net198.32.64.12美国

M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）

域名定义：http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html

顶级域名：以.com,.net,.org,.cn等等属于国际顶级域名，根据目前的国际互联网域名体系，国际顶级域名分为两类：类别顶级域名(gTLD)和地理顶级域名(ccTLD)两种。类别顶级域名是　　　　　　　　以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等结尾的域名，均由国外公司负责管理。地理顶级域名是以国家或地区代码为结尾的域名，如"CN"代表中国，"UK"代表英国。地理顶级域名一般由各个国家或地区负责管理。

二级域名：二级域名是以顶级域名为基础的地理域名，比喻中国的二级域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者.abc.com.

一般来说，二级域名是域名的一条记录，比如alidiedie.com是一个域名，www.alidiedie.com是其中比较常用的记录，一般默认是用这个，但是类似.alidiedie.com的域名全部称作是alidiedie.com的二级

4.HTTP部分的内容，类似于下面这样：

GET / HTTP/1.1

Host: www.google.com

Connection: keep-alive

User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……

Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,/;q=0.8

Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch

Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8

Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3

Cookie: … …

我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。

5 TCP协议

TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。

TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。

6 IP协议

然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。

IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。

7 以太网协议

最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。

以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。

8 服务器端响应

经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。

根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的”HTTP请求”，接着做出”HTTP响应”，再用TCP协议发回来。

本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。

总结：

我们在要访问一个网站的时候，通常是去访问他的域名，例：www.baidu.com，但是实际上我们访问的是ip+端口。在这里端口默认是：80被省略掉了。前面的域名对应着一个ip地址。这个ip地址我们要通过dns去查找

我们在访问域名的时候会向dns服务器发送请求，告诉我这个域名的ip是什么，本地如果没有的话

他会进行两种查找，第一种是dns有很多兄弟姐妹，就是很多不同的dns，他会通过递归一遍一遍的问自己，如果没有的话，他就进行第二种查找，问他爹，就是迭代。如果他爹找不到，他就会去找根dns，www.baidu.com. 最后面这个点代表根服务器，前面的com前面的点代表.com域服务器。

去根的时候，他不会告诉你全，他会告诉你我知道有一个域服务器叫com，你去他那里找，然后到了.com域服务器的时候，他也不会告诉你全，告诉你有一个baidu在我这里注册过域名，我告诉你一个地址你去他那里找。最后你到了.baidu.com这个时候他会给你返回一个ip地址，就是百度域名的ip地址。然后你的本地dns会保存这个ip方便你下次用