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发布于 2024-09-06 / 7 阅读
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C语言网络方向基础

#c语言

学习路径概览

  1. 计算机网络基础

    • 网络的基本概念和模型（如OSI模型和TCP/IP模型）
    • 网络拓扑结构和通信方式
    • IP地址、子网划分和路由
    • 常见协议：TCP、UDP、HTTP、DNS等

  2. 网络编程

    • 套接字编程（Socket Programming）
    • HTTP和RESTful API
    • 网络应用开发

  3. 网络安全

    • 网络攻击方式与防护
    • 加密技术和网络认证
    • 防火墙、VPN、入侵检测系统

第一部分：计算机网络基础

1.1 网络的基本概念

1. 什么是网络？

网络是由多个计算设备（如计算机、服务器、路由器、交换机等）通过通信链路相互连接，能够共享资源和信息的系统。网络通过硬件（如网卡、交换机）和软件（如协议、应用）协同工作，进行数据的传输与处理。

2. 网络的类型

根据网络的范围和规模，网络可以分为以下几类：

  • 局域网（LAN, Local Area Network）：例如家庭网络、公司内部网络，通常覆盖范围小，速度较快。
  • 广域网（WAN, Wide Area Network）：覆盖较大范围，如多个城市、国家之间的网络。互联网就是一个广域网。
  • 个人区域网（PAN, Personal Area Network）：例如蓝牙连接，适用于个人设备间的通信。
  • 城域网（MAN, Metropolitan Area Network）：通常指一个城市范围内的网络，如某些城市的公共Wi-Fi系统。

1.2 网络的分层模型

网络中的通信是通过不同协议之间的协同工作完成的。为了便于理解和设计，网络被分为不同的层次，每一层都有特定的功能和协议。这其中最著名的模型是OSI模型和TCP/IP模型。

1. OSI模型（Open Systems Interconnection）

OSI模型将网络通信划分为七个层次，每一层都有特定的功能：

  1. 物理层（Physical Layer）：负责物理介质的传输，如电缆、光纤，数据以比特流的形式传输。
  2. 数据链路层（Data Link Layer）：建立节点之间的直接连接，负责数据帧的传输和错误检测。协议有以太网（Ethernet）。
  3. 网络层（Network Layer）：负责路由选择，确定数据包的传输路径。主要协议是IP（Internet Protocol）。
  4. 传输层（Transport Layer）：确保端到端的可靠传输。主要协议有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
  5. 会话层（Session Layer）：管理通信会话的建立、维护和终止。
  6. 表示层（Presentation Layer）：负责数据格式的转换和加密解密等操作。
  7. 应用层（Application Layer）：为应用程序提供网络服务，如HTTP、DNS、FTP等。
2. TCP/IP模型

TCP/IP模型是实际应用中最常用的网络协议模型，只有四个层次：

  1. 网络接口层（Link Layer）：相当于OSI模型的物理层和数据链路层。
  2. 互联网层（Internet Layer）：负责路由和地址分配，主要协议为IP。
  3. 传输层（Transport Layer）：负责端到端通信，主要协议为TCP和UDP。
  4. 应用层（Application Layer）：为应用程序提供通信服务，如HTTP、DNS、SMTP等。

1.3 网络中的IP地址

IP地址是计算机网络中每台设备的唯一标识，类似于一个房子的地址。IP地址用于确定数据包的来源和目的地。

1. IP地址分类

IP地址有两种类型：

  • IPv4：常用的IP地址格式，形如192.168.1.1，由32位二进制数表示，分为4组，每组8位（即4个字节），最大支持约43亿个地址。
  • IPv6：由于IPv4地址资源耗尽，IPv6被设计为新一代IP协议，使用128位地址，形如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
2. 子网掩码和CIDR
  • 子网掩码：用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。常见子网掩码如255.255.255.0。
  • CIDR（Classless Inter-Domain Routing）：无类别域间路由，用斜杠加数字表示子网划分，如192.168.1.0/24表示24位为网络部分。

1.4 常见协议

1. TCP（Transmission Control Protocol）

TCP是面向连接的协议，提供可靠的、按序传输的数据。TCP会在数据传输前建立连接，传输完成后释放连接。它确保数据不会丢失、重传或乱序。常见应用包括HTTP、FTP等。

2. UDP（User Datagram Protocol）

UDP是无连接的协议，数据包独立传输，速度快但不保证数据可靠性。适用于需要快速传输但对丢包不敏感的应用，如视频流、在线游戏等。

3. HTTP/HTTPS

**HTTP（HyperText Transfer Protocol）**是Web应用的核心协议，用于在客户端和服务器之间传输HTML页面、图像等资源。HTTPS是在HTTP的基础上加入SSL/TLS加密层，用于确保数据传输的安全性。

4. DNS（Domain Name System）

DNS用于将人类可读的域名（如www.google.com）解析为IP地址（如142.250.72.206），以便计算机能够定位服务器。

第二部分：网络编程

网络编程是指通过编写代码来实现网络通信。常见的网络编程方式是通过**套接字（Socket）**进行通信。

2.1 套接字编程基础

套接字（Socket）是网络通信的端点，可以看作网络中不同主机之间的“通信接口”。一个套接字包含IP地址和端口号，用于标识网络中的特定进程。

1. 套接字编程步骤
  1. 创建套接字
  2. 绑定套接字到指定IP地址和端口
  3. 监听连接请求（服务器端）
  4. 建立连接并交换数据
  5. 关闭套接字
2. TCP套接字编程示例

TCP服务器：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    char *hello = "Hello from server";

    // 创建套接字
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == 0) {
        perror("Socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定套接字
    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("Bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("Listen failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受客户端连接
    new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);
    if (new_socket < 0) {
        perror("Accept failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取客户端发送的数据
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s\n", buffer);

    // 发送数据给客户端
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

**TCP客户端

：**

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char *hello = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};

    // 创建套接字
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0) {
        printf("Socket creation error\n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("Connection failed\n");
        return -1;
    }

    // 发送数据到服务器
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 读取服务器返回的数据
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Message from server: %s\n", buffer);

    // 关闭套接字
    close(sock);

    return 0;
}

第三部分：网络安全

3.1 常见的网络攻击

  1. DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击）：通过大量虚假流量淹没服务器，使其无法响应合法请求。
  2. 中间人攻击（MITM）：攻击者拦截并篡改通信双方之间的消息。
  3. SQL注入攻击：攻击者通过在输入字段中插入恶意SQL代码来访问和操作数据库。

3.2 网络防护技术

  1. 加密技术：通过加密通信，确保数据传输的安全性。常用协议如SSL/TLS。
  2. 防火墙：通过过滤不合法的流量，阻止恶意数据包进入网络。
  3. VPN（虚拟专用网）：通过加密隧道保护远程连接，防止数据泄露。

学习路线总结

  1. 计算机网络基础：通过学习OSI/TCP-IP模型、IP地址、常见协议，理解网络的工作原理。
  2. 网络编程：掌握套接字编程，能够开发网络应用。
  3. 网络安全：了解常见的网络攻击手段，学习防护技术。

通过这条学习路线，你将掌握网络的基础和进阶知识。

网络套接字基础学习
第6节：高级图算法

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