目的：了解网络，掌握在linux下的网络编程，实现多机通信
进程间通信方式：套接字socket
C/S B/S
学习方法：
1. 记忆知识点主要记大框架，再记忆细节
2. 按照框架和流程写代码
3. 代码量比较大，出现问题先自己排查
4. 重点在逻辑，代码可能会大量复制
5. 项目重点先梳理项目框架，不只是机械出结果
1. 网络发展史
1.1 局域网（LAN）
局域网的缩写是LAN，local area network，本地的网络，只能实现小范围短距离的网络通信。我们的家庭网络是典型的局域网。电脑、手机、电视、智能音箱、智能插座都连在路由器上，可以互相通信。局域网，就像是小区里的道路，分支多，连接了很多栋楼。
1.2 广域网（Wan）
广域网（Wide Area Network）是相对局域网来讲的，局域网的传输距离比较近，只能是一个小范围的。如果需要长距离的传输，比如某大型企业，总部在北京，分公司在长沙，局域网是无法架设的。广域网，就像是大马路，分支可能少，但类型多，像国道、省道、高速、小道等，连接了很多大的局域网。
这时需要其它的解决方案。
第一，通过因特网，只需要办一根宽带，就实现了通信，非常方便，现在的宽带价格也比较便宜。
第二，通过广域网专线。
所以为了数据安全，不能连接因特网，需要用一条自己的专用线路来传输数据，这条线路上只有自己人，不会有其他人接入，且距离很远，这个网络就叫 “广域网”。
1.3 家庭用网
1.3.1光猫
光猫是一种类似于数字调制解调器的设备,接入的是光纤专线，是光信号。用于广域网中光电信号的转换和接口协议的转换，接入路由器，是广域网接入。一端连接运营商的入户线缆，一般是光纤，一端连接你自己的路由器。是一个运营商到你自己设备的桥梁。
1.3.2交换机与路由器：
交换机：用于局域网内网的数据转发 (转发给多个设备)
路由器：用于连接局域网和外网 (连接局域网的设备)
现在大部分路由器内部都是有交换机， 所以路由器都有交换机的功能。
注意交换机没有IP分配和IP寻址的功能，所以交换机不具备路由器功能。
2. IP地址（重点）
2.1基本概念
● IP地址是Internet中主机的标识
● Internet中的主机要与别的机器通信必须具有一个IP地址
● IP地址为32位（IPv4）或者128位（IPv6）
● 每个数据包都必须携带目的IP地址和源IP地址，路由器依靠此信息为数据包选择路由
● 表示形式：常用点分十进制形式，如202.38.64.10，最后都会转换为一个32位的无符号整数。
2.2二级划分（ipv4）
ip = 网络号 + 主机号
网络号:表示是否在一个网段（局域网）
主机号：标识在本网段的ID，同一个局域网不能重复
A类：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255
B类：128.0.0.0~191.255.255.255
C类：192.0.0.0~223.255.255.255
D类：224.0.0.0~239.255.255.255
E类：240.0.0.0~247.255.255.255
2.3特殊地址
1. 网络地址：用于标识网络的起始地址 有效网络号 + 全为0的主机号
192.168.50.132 ===》 192.168.50.0
128.1.2.3 128.1.0.0
12.1.2.3 12.0.0.0
2. 广播地址 用于给局域网内所有主机发送数据，有效网络号 + 全为1的主机号
192.168.50.132 ===》 192.168.50.255
128.1.2.3 128.1.255.255
12.1.2.3 12.255.255.255
拓展：
0.0.0.0: 用于服务器中, 0.0.0.0指的是监听本机上所有的IPV4地址
接受来自任意源IP地址的数据包，常用于服务器程序监听所有网络接口的连接请求。
127.0.0.1:回环地址/本机地址,一般用来测试使用,所有发往该类地址的数据包都应该被loop back
原样送回;
练习：C类地址，同一网段最多可以连接多少个主机？？
192.168.1.2 256 - 2 = 254
2.4子网掩码
1) 作用：可以将一个IP地址划分成网络地址和主机地址
2）特点：
1.子网掩码长度是和IP地址长度完全一样的，32bit的二进制数组成；
2.网络号全为1，主机号全为0
C类默认子网掩码： 255.255.255.0
B 255.255.0.0
A 255.0.0.0
192.168.50.123 & 255.255.255.0 ==》 192.168.50.0
192.168.50.123 & ~255.255.255.0==》 0.0.0.123
子网掩码 & ip地址 = 网络地址
~子网掩码 &ip地址 = 主机地址
2.5三级划分
二级地址：网络号 + 主机号
三级地址：网络号 + 子网号 + 主机号
练习1：
已知一个子网掩码号为255.255.255.192，问，最多可以连接多少台主机？
1100 0000 2^6 = 64 - 2 = 62
练习2：
某公司有四个部门：行政、研发1、研发2、营销，每个部门各40台计算机接入公司局域网交换机，如果要在192.168.1.0网段为每个部门划分子网，子网掩码应该怎么设置，每个子网的地址范围分别是什么？（4个部门之间不能通信）
子网掩码：255.255.255.192
192.168.1.00 000001 ~ 192.168.1.00 111110 （去掉网络地址和广播地址）
192.168.1.1 ~ 192.168.1. 62
192.168.1.01.......
192.168.1.65 ~ 192.168.1.126
192.168.1.10......
192.168.1.129 ~ 192.168.1.190
192.168.1.11......
192.168.1.193 ~ 192.168.1.254
练习3：
有两台电脑主机，在最少浪费IP地址的情况下，将172.16.14.4与172.16.13.2划归为同一网段，则子网掩码应该设置为？
172.16.0000 1110.4
172.16.0000 1101.2
255.255.11111100.0 ==》 255.255.252.0
补充：
域名系统
由于使用IP地址来指定计算机不方便人们记忆，且输入时候容易出错，用字符标识网络中计算机名称方法。
这种命名方法就像每个人的名字，这就是域名（Domian Name）
域名服务器（Domain Name server）：用来处理IP地址和域名之间的转换。
域名系统（Domain Name System，DNS）：域名翻译成IP地址的软件
一个域名，可以绑定多个ip
域名结构
例如域名 www.baidu.com.cn 从右向左看
cn为高级域名，也叫一级域名，它通常分配给主干节点，取值为国家名，cn代表中国
com为网络名，属于二级域名，它通常表示组织或部门
中国互联网二级域名共40个，edu表示教育部门，com表示商业部门，gov表示政府，军队mil等等
baidu为机构名，在此为三级域名，表示百度
www：万维网world wide web，也叫环球信息网，是一种特殊的信息结构框架。
3. 网络模型
3.1 网络的体系结构
● 网络采用分而治之的方法设计，将网络的功能划分为不同的模块，以分层的形式有机组合在一起。
● 每层实现不同的功能，其内部实现方法对外部其他层次来说是透明的。每层向上层提供服务，同时使用下层提供的服务
● 网络体系结构即指网络的层次结构和每层所使用协议的集合
● 两类非常重要的体系结构：OSI与TCP/IP
分层的好处：
1. 各层之间独立，每一层不需要知道下一层如何实现，而仅仅只需要知道该层通过层间的接口所提供的的服务。
2. 稳定，当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则这层以上或以下层不受影响。
3. 易于实现和维护（知道是什么功能，就到指定层去查找）
4. 促进标准化工作
3.2 OSI模型
● OSI模型是一个理想化的模型，尚未有完整的实现
● OSI模型共有七层
● OSI现阶段只用作教学和理论研究
应用层:指定特定应用的协议，文件传输，文件管理，电子邮件等
表示层:确保一个系统应用层发送的消息可以被另一个系统的应用层读取，编码转换，数据解析，管理数据加密，解密;
会话层:通信管理，负责建立或者断开通信连接
传输层:端口号，数据传输到具体那个进程程序(端到端)
网络层:路由器中是有算法的，ip,(主机到主机)(路由的转发)
链路层:格式变为帧(把数据分成包，一帧一帧的数据进行发送)
物理层:传输的是bit流(0与1一样的数据)，物理信号，没有格式
3.3TCP/IP模型
OSI和TCP/IP模型对应关系图
3.4常见网络协议
网络接口和物理层:
PPP:拨号协议(老式电话线上网方式)
ARP:地址解析协议 IP-->MAC
RARP:反向地址转换协议 MAC-->IP
网络层:
IP(IPV4/IPV6):网间互连的协议
ICMP:网络控制管理协议，ping 命令使用
IGMP:网络分组管理协议，广播和组播使用
传输层:
TCP:传输控制协议
UDP:用户数据报协议
应用层:
SSH:加密协议
telnet:远程登录协议
FTP:文件传输协议(TCP)
TFTP：简单文件传输协议（UDP）
HTTP:超文本传输协议（明文发送）HTTPS加密传输
DNS:域名解析协议
SMTP/POP3:邮件传输协议
4. TCP和UDP（重点）
TCP:传输控制协议
TCP(Transmission Control Protocol)是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)
适用情况：
1、适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。
2、在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议
3、MSN/QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关的功能通常采用TCP协议
缺点：
发送量较大，效率低
UDP ：用户数据报协议
UDP (User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。
适用情况:
1.发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时)
2.在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。
3.适合于广播/组播式通信中。
4.MSN/QQ/skype 等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议
5.流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP方式进行实时数据传输
Dos(拒绝式服务)攻击？
DOS:即 Denial of service，拒绝服务的缩写，拒绝服务，Dos 攻击即攻击者想办法让目标机器停止提供服务或资源访问，这些资源包括磁盘空间、内存、进程甚至网络带宽,从而阻止正常用户的访问。
要对服务器实施拒绝服务攻击，主要有以下两种方法:
①迫使服务器的缓冲区满，不接收新的请求;
②使用IP欺骗,迫使服务器把合法用户的连接复位,影响合法用户的连接，这也是Dos攻击实施的基本思想。为便于理解，以下介绍一个简单的Dos攻击基本过程:攻击者先向受害者发送大量带有虚假地址的请求，受害者发送回复信息后等待回传信息。由于是伪造地址，所以受害者一直等不到回传信息，分配给这次请求的资源就始终不被释放。当受害者等待一定时间后，连接会因超时被切断，此时攻击者会再度传送一批伪地址的新请求，这样反复进行直至受害者资源被耗尽，最终导致受害者系统瘫痪。
5. 编程预备知识
5.1socket套接字
1》1982 - Berkeley software Distributions操作系统引入了socket作为本地进程之间通信的接口
2》1986 - Berkeley扩展了socket接口，使之支持UNIX下的TCP/IP 通信
3》现在很多应用(FTP，Telnet)都依赖这一接口
socket
1、是一个编程接口
2、是一种特殊的文件描述符(everything in unix is a file)
3、并不仅限于TCP/IP协议
4、面向连接(Transmission control Protocol - TCP/IP)
5、无连接(User Datagram Protocol -UDP和Inter-network Packet Exchange- IPX)
5.1.2 socket类型（掌握）
流式套接字(SOCK_STREAM) TCP
提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。
数据报套接字(SOCK_DGRAM) UDP
提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收。
原始套接字(SOCK_RAW)
可以对较低层次协议如IP、ICMP直接访问。
5.2端口号
● 为了区分一台主机接收到的数据包应该转交给哪个进程来进行处理，使用端口号来区分
● TCP端口号与UDP端口号独立
● 端口用两个字节来表示 2byte
众所周知端口：1~1023（1~255之间为众所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系统占用）
已登记端口：1024~49151 （选1000以上10000以下）
动态或私有端口：49152~65535
5.3字节序
1. 字节序是指不同类型的cpu主机，内存存储 "多字节整数" 序列的方式
2. 浮点类型，字符类型，字符串没有字节序。
3. 小端序（little-endian） - 低序字节存储在低地址 (主机字节序)
4. 大端序（big-endian） - 高序字节存储在低地址 (网络字节序)
面试题：写一个函数，判断当前主机的字节序？
#include<stdio.h>
union val
{
int a;
char b;
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
//共用体
union val v;
v.a = 0x12345678;
printf("%#x\n",v.b);
//强转
int a = 0x12345678;
char b = (char) a;
printf("%#X\n",b);
//指针
char *p = &a;
printf("%#x\n",*p);
return 0;
}
5.3.1主机字节序到网络字节序
u_long htonl(u_long hostlong);
u_short htons(u_short short);//掌握这个
5.3.2网络字节序到主机字节序
u_long ntohl(u_long hostlong);
u_short ntohs(u_short short);
5.4IP地址转换
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
in_addr_t inet_addr(const char *ip);//从人看的IP地址转换为机器使用的32位无符号整数
char *inet_ntoa(struct in_addr in);//从机器到人
代码测试：
