嵌入式技術筆記（十九）：網絡通信基礎知識

1. 實作網絡通信需要哪些支援？

• 通信裝置：網卡(PC機自帶)，交換機，路由器，光纖，電纜，基站。
• 通信協定：作業系統自帶協定棧（Linux的特點：豐富的協定）；裸機開發需要獨立的協定棧

• 套接字的作用：傳輸層的檔案描述符

  類型：流式套接字（TCP）、資料報套接字（UDP——資料報形式）

  簡單的網絡通信隻需要學會使用系統API

2. 什麼是通信協定及作用？

含義：通信協定是指雙方實體完成通信或服務所必須遵循的規則和約定。協定定義了資料單元使用的格式，資訊單元應該包含的資訊與含義，連接配接方式，資訊發送和接收的時序，進而確定網絡中資料順利地傳送到确定的地方。簡單來說，就是通信雙方确定一種資料格式，以及通過什麼形式來發送。

作用：通過通信信道和裝置互連起來的多個不同地理位置的資料通信系統，使其能協同工作實作資訊交換和資源共享。

3. TCP/IP協定棧

OSI七層網絡模型，Linux四層網絡模型

OSI七層網絡模型	Linux四層網絡模型	對應的協定
應用層	應用層	TFTP，FTP，NFS，WAIS
表示層	應用層	Telnet，Rlogin，SNMP，Gopher
會話層	應用層	SMTP，DNS
傳輸層	傳輸層	TCP，UDP
網絡層	網際層	IP，ICMP，ARP，RARP，AKP，UUCP
資料鍊路層	網絡接口層	PDN，SLIP，PPP
實體層	網絡接口層	IEEE 802.1A，IEEE 802.2

OSI七層網絡模型中每層的作用：

實體層：通信媒體的信号到數字信号(二進制)的轉換；

資料鍊路層：區域網路之間計算機通信通過MAC位址(實體網卡)通信；

網絡層：IP位址，路由(通過公網IP來通路全世界)；

傳輸層：TCP、UDP、端口

會話層：控制發包的資料

表示層：檔案格式

應用層：應用程式的使用

分層的好處：

1、各層之間是獨立的

2、靈活性強

3、結構上可以分開

4、易于維護

5、能促進标準化工作

TCP/IP協定棧的作用：

協定棧實作資料的壓縮加密和解壓解密

4. IP位址

IP位址：實際上是32位的二進制數

公網IP（廣域網通信）：

A類：1.0.0.1~126.255.255.254

B類：128.0.0.1~191.255.255.254

C類：192.0.0.1~223.255.255.254

D類：224.0.0.1~239.255.255.254

E類：240.0.0.1~255.255.255.254

私網（區域網路）：

A類：10.0.0.1~10.255.255.255

B類：172.16.0.0~172.255.255.255

C類：192.168.0.0~192.168.255.255

IPv4的位址範圍：0.0.0.0~255.255.255.255
           

如何解決IP位址荒：

1、IPv6

2、網絡位址轉換NAT（）

一些協定的作用：
DNS：将域名解析成IP位址
SMTP：郵件發送
FTP：下載下傳/上傳檔案
IP：定義IP位址解析
           

子網路遮罩的作用：決定一個網段的大小（可用IP數量）

同一個網段的IP才可以直接互相通信，不同網段需要路由器。

舉例說明：

192.168.11.0/24:8個可用

192.168.11.0 網絡号

192.168.11.255 廣播位址

5. 端口号

端口的作用是對TCP/IP體系的應用程序進行統一的标志，使運作不同作業系統的計算機的應用程序能夠互相通信。

協定	端口号
FTP	21
TELNET	23
SMTP	25
DNS	53
TFTP	69
HTTP	80

著名端口号：0~1023

注冊端口号：1024~49151

動态端口号：49152~65535

6. TCP封包格式

TCP協定的特點：面向連接配接、可靠的位元組流傳輸

校驗方式：

1、奇偶校驗

2、bcc異或校驗

3、crc循環備援校驗

4、MD5校驗和數字簽名

5、海明碼校驗

TCP在區域網路中傳輸資料的長度=1518-18-20-20=1460bit；

廣域網傳輸不限定大小，因為超過大小時會自動進行拆包。

7. TCP如何建立連接配接

通過三次握手建立連接配接；通過四次揮手端口連接配接。

網絡通信是全雙工的。

8. UDP協定（無連接配接不可靠）

• UDP傳輸資料的最長長度

  區域網路：UDP傳輸資料的最長長度=1518-18-20-8=1472bit

  廣域網：UDP傳輸資料的最長長度=65535-IP(頭20)-UDP(8)=65507bit，使用sendto函數發送超過65507會傳回錯誤。

• 協定的特點：

  1、無連接配接，減少了開銷和發送資料前的延遲

  2、盡最大努力進行傳遞（不保證可靠傳遞），主機不需要維持複雜的連接配接狀态表

  3、面向封包：發送方的UDP對應用程式傳遞下來的封包，在添加首部之後就向下傳遞給IP層，既不拆分也不合并

  4、沒有阻塞控制

  5、支援一對一、多對一和多對多互動通信

9. TCP和UDP的對比

特點	TCP	UDP
是否連接配接	連接配接	不連接配接
是否可靠	可靠，使用流量控制和擁塞控制	不可靠，不使用流量控制和擁塞控制
連接配接對象的個數	隻能一對一	支援一對一、多對一和多對多互動通信
傳輸方式	面向位元組流	面向資料報
前部開銷	開銷大，首部最小20位元組，最大60位元組	開銷小，8位元組
适用場景	适用于要求可靠傳輸的應用	适用于實時應用

10. C/S

• 優點：

  1、由于用戶端實作與伺服器的直接連接配接沒有中間環，是以響應更快

  2、操作界面漂亮，形式多樣，可以充分滿足客戶自身的個性化要求

  3、C/S結構的管理資訊系統具有較強的事務處理能力，能實作複雜的業務流程

• 缺點：

  1、需要安裝專門的用戶端程式，分布功能弱針對面廣，且不具備網絡條件的使用者群體不能夠實作快速不是和安裝

  2、相容性差，對不同的開發工具，具有較大的局限性，采用不同的工具需要程式改寫程式

  3、開發成本高，需要具有一定的專業水準的技術人員才能完成

11. B/S

• 優點：

  1、具有分布式特點，可以随時随地進行查詢、浏覽等業務

  2、業務擴充簡單，通過增加網頁即可增加伺服器功能

  3、維護友善，隻需要改變網頁，即可實作所有使用者同步更新

  4、開發簡單

• 缺點：

  1、表現要達到C/S程式的程度需要花費不少精力

  2、速度和安全上需要花費巨大的設計成本，這是B/S架構最大的問題