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网络编程

cs架构与bs架构

引入

• C/S和B/S都是互联网中常见的网络结构模型。

（一）什么是C/S模型

• C是英文单词'Client'的首字母，即客户端的意思。
• C/S就是'Client/Server'的缩写，即'客户端/服务器'模式
  • 例如：拼多多APP等客户端。

（二）什么是B/S模型

• B是英文单词'Browser'的首字母，即浏览器的意思；
• S是英文单词'Server'首字母，即服务器的意思。
• B/S就是'Browser/Server'缩写
  • 即“浏览器/服务器”模式。
    • 例如：淘宝网、京东网等等

（三）C/S模型和B/S模型两大模型的比较

• C/S和B/S是当今世界开发模式技术架构的两大主流技术。
• C/S是美国Borland公司最早研发
• B/S是美国微软公司研发。
• 目前，这两项技术以被世界各国所掌握
• 国内公司以C/S和B/S技术开发出产品也很多。
• 这两种技术都有自己一定的市场份额和客户群，各家企业都说自己的管理软件架构技术功能强大、先进、方便，都能举出各自的客户群体。

（四）C/S架构软件的优势与劣势

• 优势
  • 针对客户端可以高度定制
• 劣势
  • 需要用户去下载才能使用，不方便

（1）应用服务器允许数据负荷较轻

• 最简单的C/S体系结构的数据库应用由两部分组成，即客户应用程序和数据库服务器程序。
• 二者可分别称为前台程序与后台程序。
  • 运行数据库服务器程序的机器，也称为应用服务器。
• 一旦服务器程序被启动，就随时等待响应客户程序发来的请求；
  • 客户应用程序运行在用户自己的电脑上
  • 对应于数据库服务器，可称为客户电脑
  • 当需要对数据库中的数据进行任何操作时，客户程序就自动地寻找服务器程序，并向其发出请求
  • 服务器程序根据预定的规则作出应答，送回结果
  • 应用服务器运行数据负荷较轻。

（2）数据的储存管理功能较为透明

• 在数据库应用中，数据的储存管理功能，是由服务器程序和客户应用程序分别独立进行的，前台应用可以违反的规则，并且通常把那些不同的（不管是已知还是未知的）运行数据，在服务器程序中不集中实现
  • 例如访问者的权限，编号可以重复、必须有客户才能
• 建立定单这样的规则。
  • 所有这些，对于工作在前台程序上的最终用户，是“透明”的，他们无须过问（通常也无法干涉）背后的过程，就可以完成自己的一切工作。
• 在客户服务器架构的应用中，前台程序不是非常“瘦小”，麻烦的事情都交给了服务器和网络。
• 在C/S体系的下，数据库不能真正成为公共、专业化的仓库，它受到独立的专门管理。

（3）C/S架构的劣势是高昂的维护成本且投资大

• 首先，采用C/S架构，要选择适当的数据库平台来实现数据库数据的真正“统一”，使分布于两地的数据同步完全交由数据库系统去管理，但逻辑上两地的操作者要直接访问同一个数据库才能有效实现，有这样一些问题
• 如果需要建立“实时”的数据同步，就必须在两地间建立实时的通讯连接，保持两地的数据库服务器在线运行，网络管理工作人员既要对服务器维护管理，又要对客户端维护和管理，这需要高昂的投资和复杂的技术支持，维护成本很高，维护任务量大。
• 其次，传统的C/S结构的软件需要针对不同的操作系统系统开发不同版本的软件，由于产品的更新换代十分快，代价高和低效率已经不适应工作需要。
  • 在JAVA这样的跨平台语言出现之后，B/S架构更是猛烈冲击C/S，并对其形成威胁和挑战。

（五）B/S架构软件的优势与劣势

（1）维护和升级方式简单

• 目前，软件系统的改进和升级越来越频繁，B/S架构的产品明显体现着更为方便的特性。
• 对一个稍微大一点单位来说，系统管理人员如果需要在几百甚至上千部电脑之间来回奔跑，效率和工作量是可想而知的
• 但B/S架构的软件只需要管理服务器就行了
• 所有的客户端只是浏览器，根本不需要做任何的维护。无论用户的规模有多大，有多少分支机构都不会增加任何维护升级的工作量
• 所有的操作只需要针对服务器进行；
• 如果是异地，只需要把服务器连接专网即可，实现远程维护、升级和共享。
• 所以客户机越来越“瘦”，而服务器越来越“胖”是将来信息化发展的主流方向。
• 今后，软件升级和维护会越来越容易，而使用起来会越来越简单，这对用户人力、物力、时间、费用的节省是显而易见的，惊人的。
• 因此，维护和升级革命的方式是“瘦”客户机，“胖”服务器。

（2）成本降低，选择更多

• 大家都知道windows在桌面电脑上几乎一统天下，浏览器成为了标准配置
• 但在服务器操作系统上windows并不是处于绝对的统治地位。
• 现在的趋势是凡使用B/S架构的应用管理软件，只需安装在Linux服务器上即可，而且安全性高。
• 所以服务器操作系统的选择是很多的，不管选用那种操作系统都可以让大部分人使用windows作为桌面操作系统电脑不受影响，这就使的最流行免费的Linux操作系统快速发展起来
• Linux除了操作系统是免费的以外，连数据库也是免费的，这种选择非常盛行。
• 比如说很多人每天上“网易”（原文为新浪）网，只要安装了浏览器就可以了，并不需要了解“网易”的服务器用的是什么操作系统，而事实上大部分网站确实没有使用windows操作系统，但用户的电脑本身安装的大部分是windows操作系统

（3）应用服务器允许数据符合较重

• 由于B/S架构管理软件只安装在服务器端（Server）上，网络管理人员只需要管理服务器就行了，用户界面主要事务逻辑在服务器（Server）端完全通过WWW浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现
• 所有的客户端只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。
• 但是，应用服务器运行数据负荷较重，一旦发生服务器“崩溃”等问题，后果不堪设想。因此，许多单位都备有数据库存储服务器，以防万一。

（六）C/S与B/S区别

• Client/Server：客户端/服务器是建立在局域网的基础上的
• Browser/Server：浏览器/服务器是建立在广域网的基础上的

（1）硬件环境不同

• C/S一般建立在专用的网络上
  • 小范围里的网络环境，局域网之间再通过专门服务器提供连接和数据交换服务。
• B/S建立在广域网之上的
  • 不必是专门的网络硬件环境
  • 例如电话上网，租用设备，信息自己管理，有比C/S更强的适应范围
  • 一般只要有操作系统和浏览器就行。

（2）对安全要求不同

• C/S一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。
  • 一般高度机密的信息系统采用C/S结构适宜，可以通过B/S发布部分可公开信息。
• B/S建立在广域网之上，对安全的控制能力相对弱，面向是不可知的用户群。

（3）对程序架构不同

• C/S程序可以更加注重流程，可以对权限多层次校验，对系统运行速度可以较少考虑。
• B/S对安全以及访问速度的多重的考虑，建立在需要更加优化的基础之上。
  • 比C/S有更高的要求，B/S结构的程序架构是发展的趋势，从MS的.Net系列的BizTalk2000Exchange2000等，全面支持网络的构件搭建的系统。
  • SUN和IBM推的JavaBean构件技术等，使B/S更加成熟。

（4）软件重用不同

• C/S程序可以不可避免的整体性考虑
  • 构件的重用性不如在B/S要求下的构件的重用性好。
• B/S对的多重结构，要求构件相对独立的功能。
  • 能够相对较好的重用。就如买来的餐桌可以再利用，而不是做在墙上的石头桌子。

（5）系统维护不同

• 系统维护是软件生存周期中，开销大，相当重要
• C/S程序由于整体性，必须整体考察，处理出现的问题以及系统升级难，可能是再做一个全新的系统。
• B/S构件组成方面构件个别的更换，实现系统的无缝升级。
  • 系统维护开销减到最小，用户从网上自己下载安装就可以实现升级。

（6）处理问题不同

• C/S程序可以处理用户面固定，并且在相同区域，安全要求高的需求，与操作系统相关，应该都是相同的系统。
• B/S建立在广域网上，面向不同的用户群，分散地域，这是C/S无法作到的，与操作系统平台关系最小。

（7）用户接口不同

• C/S多是建立在Window平台上，表现方法有限，对程序员普遍要求较高。
• B/S建立在浏览器上，有更加丰富和生动的表现方式与用户交流，并且大部分难度减低，降低开发成本。

（8）信息流不同

• C/S程序一般是典型的中央集权的机械式处理，交互性相对低。
• B/S信息流向可变化，B－B、B－C、B－G等信息流向的变化，更象交易中心。

操作系统与网络通信

引入

（1）什么是网络编程

• 网络编程是指通过编程语言在计算机之间建立通信的一种方式。
• 它是在互联网上进行数据传输的关键组成部分，使计算机能够相互通信、交换信息和共享资源。
• 网络编程涉及许多不同的技术和协议，包括TCP/IP（传输控制协议/因特网协议），HTTP（超文本传输协议），FTP（文件传输协议）等。
• 这些协议规定了如何在网络上传输数据以及如何在网络上创建、管理和维护连接。
• 总结：
  • 网络编程的研究前提就是基于互联网
  • 网络编程就是基于互联网编写代码

（2）学习网络编程的目的/结果

• 学习网络编程的主要目的是为了开发基于客户端/服务器（C/S）架构的应用程序。
• 这种类型的软件通常由两部分组成：客户端（运行在用户的设备上）和服务器（运行在一台或多台服务器上）。
• 通过学习网络编程，你可以掌握开发C/S应用程序所需的基本原理和技术，并使用各种编程框架来简化开发过程。
• 总结：学习完网络编程之后就可以开发C/S架构的软件(掌握原理 使用框架)

（3）网络编程发展史

（1）网络编程的来源

• 网络编程起源于美国军方的需求，他们希望能够实现不同计算机之间的数据交互。
• 然而，在没有网络编程技术的情况下，他们只能采用物理媒体（如磁带或硬盘）进行数据复制和传输。
• 因此，军方开始研究如何通过计算机网络实现更高效的数据交换，从而诞生了网络编程技术。
• 总结：该技术源于美国军方>>>:很多先进的技术都是由军事发明后续转为民用

（2）实际应用

• 随着计算机硬件的发展和互联网的普及，网络编程逐渐应用于各种领域，包括商业、教育、娱乐、科学研究等。
• 现在，我们可以通过网络编程技术开发各种类型的应用程序，例如网页浏览器、社交媒体平台、在线游戏等。
• 实际中的例子
  • 军方想要实现不同计算机之间数据交互
  • 没有网络编程技术的时候只能拿U盘拷贝并携带
  • 为了跨区域交互数据所以发明了网络编程

（4）早期的远程通信

（1）一开始：座机电话

• 彼此打电话需要电话线
• 早期的远程通信主要依赖于座机电话，人们通过拨号将语音信号转换成电信号，然后通过电话线路将这些信号发送到另一端，接收方再将电信号转换回语音信号。

（2）后来：大屁股电脑

• 数据交互需要插网线
• 随着个人计算机的出现，人们可以利用调制解调器（也称为猫）通过电话线路进行数据传输。
• 这种方式被称为异步转移模式（Async Transfer Mode，ATM），虽然速度较慢，但它是最早的宽带网络之一。

（3）现在：智能手机

• 数据交互需要无限网卡
  • 远程通信的前提是必须具备一个物理链接介质
• 现在，我们可以通过无线网络（如Wi-Fi、蜂窝数据网络）与互联网进行无缝通信。
• 智能手机已经成为我们生活中不可或缺的一部分，我们可以随时随地访问电子邮件、浏览网页、观看视频、下载音乐等。

（5）互联网协议

• 不同计算机之间要想实现无障碍交互

  • 除了需要有物理链接介质之外还需要一套公有的标准

• 互联网协议是用于规范网络通信的标准规则。

• 它们定义了如何在网络上传输数据，以及如何在网络上建立、管理和维护连接。

• 一些常见的互联网协议包括：

  • TCP/IP：传输控制协议/因特网协议，是互联网的基础协议，负责确保数据包从源节点安全、可靠地传输到目的地节点。

  • HTTP：超文本传输协议，是Web的主要协议，用于在客户端和服务器之间传输HTML文档和其他类型的内容。

  • FTP：文件传输协议，用于在计算机之间传输文件。

（6）思考

• 为什么不同厂家的手机零部件几乎是一样的
  • 这是因为电子设备制造商遵循了一些共同的技术标准和规格。
  • 比如，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）制定了一系列关于电子设备设计和制造的标准，这些标准在全球范围内得到了广泛接受和遵守。
  • 此外，像USB接口、HDMI接口等技术规范也被广泛应用，使得不同厂商的电子设备可以兼容和互操作
• 这个标准是>>>:互联网协议(OSI七层协议)
  • 互联网协议（Internet Protocol，IP） IP是一种为计算机网络提供路由选择和地址管理的协议，它是互联网基础架构的核心组件之一。
  • 通过IP协议，不同类型的设备和网络可以在全球范围内进行通信和互联。

（一）操作系统

• 操作系统（OS）：

  • （Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序

  • 是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件

  • 任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

注：计算机(硬件)－>os－>应用软件

（二）互联网的本质

• 互联网的本质就是一系列的网络协议

（1）引入

• 一台硬件设备有了操作系统，然后装上软件之后我们就可以正常使用了
  • 然而我们也只能自己使用。
  • 像这样，每个人都拥有一台自己的机器，然而彼此孤立

（2）如何能大家一起玩耍

• 就需要借助internet互联网

（3）什么是internet

• 其实两台计算机之间通信与两个人打电话之间通信的原理是一样的（中国有很多地区，不同的地区有不同的方言，为了全中国人都可以听懂，大家统一讲普通话）
• 普通话属于中国国内人与人之间通信的标准，那如果是两个国家的人交流呢？
• 问题是，你不可能要求一个人／计算机掌握全世界的语言／标准
  • 于是有了世界统一的通信标准：英语

（4）结论

• 英语成为世界上所有人通信的统一标准
• 如果把计算机看成分布于世界各地的人
• 那么连接两台计算机之间的 Internet 实际上就是
• 一系列统一的标准，这些标准称之为互联网协议，互联网的本质就是一系列的协议，总称为“互联网协议”（Internet Protocol Suite)。
• 互联网协议的功能：
  • 定义计算机如何接入 Internet，以及接入 Internet 的计算机通信的标准。

（三）OSI七层协议介绍

• 互联网协议按照功能不同分为OSI七层或TCP/IP五层或TCP/IP四层
• TCP/IP 四层
  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
• TCP/IP 五层
  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层
• OSI 七层
  • 应用层
  • 表示层
  • 会话层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层

• 每层运行常见物理设备

• OSI七层协议数据传输的封包与解包过程

（四）TCP/IP 五层

• TCP/IP 五层 将应用层、表示层、会话层合并为应用层
• TCP/IP 五层每层都运行特定的协议，越往上越靠近用户，越往下越靠近硬件

（1）物理层

（1）物理层的由来

• 上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网
• 硬件设备+光缆

（2）物理层功能

• 主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

（2）数据链路层

（1）数据链路层由来

• 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

（2）数据链路层功能

• 定义电信号的分组方式

（3）补充

（1）以太网协议

• 早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet

• ethernet规定

  • 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，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

（2）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）
  • ether 00:16:3e:1a:83:a0

（3）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

（3）网络层

引入

（1）什么是互联网

• 互联网是一种全球性的计算机网络，通过将数十亿台设备、网络和数据中心互相连接的方式实现信息共享。
• 总结：将计算机连接起来的介质

（2）互联网建立的目的

• 方便人们在全球范围内进行信息家里和数据交换
• 基于互联网的数据交互可以使用户在任何时间、任何地点获取所需的信息和服务，大大提高了信息传递的速率和效率
• 总结：
  • 基于互联网做数据交互

（3）上网的本质

• 或服务器进行通信。在这种通信中，用户可以通过发送请求来获取所需的资源，如网页内容、电子邮件、文件等，同时也可以向其他用户提供自己的资源。
• 基于网线去访问其他计算机的资源

其实我们的计算机也可以称之为服务器/服务端(专门对外提供服务)

（1）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
• 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

（2）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，这套地址就是网络地址

（3）补充

（1）IP协议

• IP协议：规定网络地址的协议。它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的是ipv4版本，它规定网络地址有32为2进制表示
• 范围0.0.0.0-255.255.255.255
• 一个ip地址通常写出四段十进制数，例如：192.168.1.2

（2）ip地址分层两部分

• 网络部分：标识子网
• 主机部分：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

（3）子网掩码

• 子网掩码：就是表示一个网络特征的参数

• 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。

• 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。

• 总结：

  • IP协议的作用主要有俩个，一个是为每一台计算机分配ip地址，另一个就是确定那些地址在同一个子网络中。

（4）ip数据包

• ip数据包也分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分
  • head：长度为20到60字节
  • data：最长为65,515字节。
• 而以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。
• 因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。

（5）ARP协议

• arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我门了解到通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议
• arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址
• 协议工作方式：每台主机ip都是已知的

（4）传输层

（1）传输层由来

• 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。

（2）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

（3）TCP协议/UDP协议

（1）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。

注意：三次握手，四次挥手

• 三次握手：
  • 第一次：客户端先服务端发送一个建立关系的请求，并告诉服务端 我是客户端SYN=1
  • 第二次：服务端接收到了请求后，发送个客户端我接受到了的信息，并告诉客户端我是服务端ACK=1
  • 第三次：客户端接收到服务端返回的信息后，建立关系。
• 四次挥手：
  • 第一次：客户端向服务端发送一个断开连接的请求
  • 第二次：服务端接收到客户端请求，并告诉客户端同意一个请求
  • 第三次：服务端向客户端发送断开连接的请求
  • 第四次：客户端收到信息，回复断开信息。

（2）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。

• 总结：

  • TCP协议：建议一个长久的连接、客户端不断的向服务端发送数据，服务端不断的向客户端相应数据
  • UDP协议：不可靠传输，一次性经数据打包全部发送过去

（5）应用层

（1）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

（2）应用层功能

• 规定应用程序的数据格式。

标签：协议,IP,编程,网络,服务器,数据包,客户端
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