第十三章学习笔记
作者：互联网
TCP/IP和网络编程
一、网络编程简介
二、TCP/IP协议
TCP/IP是互联网的基础。TCP代表传输控制协议。IP代表互联网协议。目前有两个版本的IP，即IPv4和IPv6。IPv4使用32位地址，IPv6则使用128位地址。TCP/IP的组织结构分为几个层级，通常称为TCP/IP堆栈。
顶层是使用TCP/IP的应用程序。用于登录到远程主机的ssh、用于交换电子邮件的mail、用于web页面的http等应用程序需要可靠的数据传输。通常，这类应用程序在传输层使用TCP。另一方面，有些应用程序，例如用来查询其他主机的ping命令，则不需要可靠性。实际数据传输发生在互联网（IP）和链路层，这些层将数据包分成数据帧，以便在物理网络之间传输。
三、IP主机和IP地址
主机是支持TCP/IP协议的计算机或设备。每个主机由一个32位的IP地址来标识。为了方便起见，32位的IP地址号通常用点计法表示，例如：134.121.64.1，其中每个字节用点号分开。主机用主机名来表示，如dns1.ecc.wsu.edu。实际上，应用程序通常使用主机名而不是IP地址。
IP地址分为两部分，即NetworkID字段和HostID字段。根据划分，IP地址分为A~E类。发往IP地址的数据包首先被发送到具有相同networkID的路由器。
四、IP地址
IP协议用于在IP主机之间发送/接收数据包。IP尽最大努力运行。IP主机只向接收主机发送数据包，但它并不能保证包会被发送到它们的目的地，也不能保证按顺序发送。这意味着IP并非可靠的协议。必要时，必须在IP层的上面实现可靠性。
五、IP数据包格式
IP数据包由IP头、发送方IP地址和接收方IP地址以及数据组成。每个IP数据包的大小最大为64KB。IP头包含有关数据包的更多信息，例如数据包的总长度、数据包使用TCP还是UDP、生存时间（TTL）计数、错误检测的校验和等。
六、路由器
IP主机之间可能相距很远。通常不可能从一个主机直接向另一个主机发送数据包。路由器是接收和转发数据包的特殊IP主机。如果有的话，一个IP数据包可能会经过许多路由器，或者跳跃到达某个目的地。
每个IP包在IP报头中都有一个8位生存时间(TTL)计数，其最大值位255.在每个路由器上，TTL会减小1.如果TTL减小到0，而包仍然没有到达目的地，则会直接丢弃它。这可以防止任何数据包在IP网络中无线循环。
七、UDP
UDP（用户数据报协议）在IP上运行，用于发送/接收数据报。与IP类似，UDP不能保证可靠性，但是快速高效。它用于可靠性不重要的情况。例如，用户可以使用ping命令探测目标主机，如：
ping主机名或pingIP地址
ping是一个向目标主机发送带时间戳UDP包的应用程序。接收到一个pingping数据包后，目标主机将带有时间戳的UDP包回送给发送者，让发送者可以计算和显示往返时间。如果目标主机不存在或宕机，当TTL减小为0时，路由器将会丢弃pingpingUDP数据包。
八、TCP
TCP（传输控制协议）是一种面向连接的协议，用于发送/接收数据流。TCP也可在IP上运行，但它保证了可靠的数据传输。通常，UDP类似于发送邮件的USPS,而TCP类似于电话连接。
九、端口编号
在各主机上，多个应用程序（进程）可同时使用TCP/UDP。每个应用程序由三个组成部分唯一标识
应用程序=（主机IP,协议，端口号）
其中，协议是TCP或UDP，端口号是分配给应用程序的唯一无符号短整数。要想使用UDP或TCP，应用程序（进程）必须先选择或获取一个端口号。前1024个端口号已被预留。其他端口号可供一般使用。应用程序可以选择一个可用端口号，也可以让操作系统内核分配端口号。
十、网络和主机字节序
计算机可以使用大端字节序，也可以使用小端字节序。在互联网上，数据始终按网络序排列，这是大端。在小端机器上，例如基于Intel x86的PC，htons()、htonl()、ntohs()、ntohl（）等库函数，可在主机序和网络序之间转换数据。
十一、TCP/IP网络中的数据流
图13.6给出了TCP/IP网路中的各层数据格式。它还给出了各层之间的数据流路径。
十二、网络编程
1.网络编程平台
(1)服务器上的用户账户
现在，几乎所有的教育机构都为它们的教职工和学生提供了网络接入，通常是以无线连接的形式。每位机构成员都要能够登录服务器以接入互联网。服务器上是否允许一般的网络编程取决于本地网络管理策略。
(2)单独PC或笔记本电脑：
即学生未接入服务器，仍然可以使用计算机的本地主机在单独计算机上进行网络编程。在这种情况下，学生需要下载安装一些网络部件。
2.服务器-客户机计算模型
大多数网络编程任务都基于服务器-客户机计算模型。在服务器-客户机计算模型中，我们首先在服务器主机上运行服务器进程。然后，我们从客户机主机运行客户机。在UDP中，服务器等待来自客户机的数据报，处理数据报并生成对客户机的响应。
十三、套接字编程
在网络编程中，TCP/IP的用户界面是通过一系列C语言库函数和系统调用来实现的，这些函数和系统调用统称为套接字API。
1.套接字地址
·TCP/IP网络的sin_family始终设置为AF_INET。
·sin_port包含按网络字节顺序排列的端口号。
·sin_addr是按网络字节顺序排列的主机IP地址
2.套接字API
服务器必须创建一个套接字，并将其与包含服务器IP地址和端口号的套接字地址绑定。它可以使用一个固定端口号，或者让操作系统内核选择一个端口号（如果sin_port为0）.为了与服务器通信，客户机必须创建一个套接字。
3.UDP套接字
UDP套接字使用sendto()/recvfrom()来发送/接收数据报。
4.TCP套接字
在创建套接字并将其绑定到服务器地址之后，TCP服务器使用listen()和accept()来接受来自客户机的连接。
十四、UDP回显服务器-客户机程序
十五、TCP回显服务器-客户机程序
十六、主机名和IP地址
库函数
Gethostname(char *name,sizeof(name))
在name数组中返回计算机的主机名字符串，但它可能不是用点记法表示的完整正式名称，也不是其IP地址
十七、Web和CGI编程
1、HTTP编程模型
HTTP是一种基于服务器-客户机的协议，用户互联网上的应用程序。它在TCP上运行，因为它需要可靠的文件传输。
2、web页面
Web页面是用HTML标记语言编写的文件。Web文件通过一系列HTML元素指定Web页面的布局，可在Web浏览器上解释和显示。常用的Web浏览器有Internet Explorer、Firefox、Google Chrome等。
3、托管Web页面
4、PHP
PHP（超文本预处理器）是一种用于创建服务器端动态Web页面的脚本语言。PHP文件用.php后缀标识。它们本质上是HTML文件，包含Web服务器要执行的PHP代码。当Web客户机请求PHP文件时，Web服务器将首先处理PHP语句来生成一个HTML文件，然后将该文件发送给请求客户机。
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