python 28 网络协议

目录

• 网络协议
  • 1. C/S、B/S 架构
    • 1.1 C/S 架构：
    • 1.2 B/S 架构：
  • 2. 网络通信原理
  • 3. OSI七层协议（TCP/IP五层）：
    • 3.1 物理层：
    • 3.2 数据链路层：
      • 3.2.1 以太网协议：
      • 3.2.2 mac地址：（物理地址）
      • 3.2.3 计算机通信方式：
      • 3.2.4 交互机的mac地址学习功能：
    • 3.3 网络层：
      • 3.3.1 IP协议
      • 3.3.2 ARP协议
    • 3.4 传输层
      • 3.4.1 UDP协议（User Datagram Protocol）：
      • 3.4.2 TCP协议 （Transmission Control Protocol）
      • 3.4.3 TCP协议的三次握手和四次挥手
    • 3.5 应用层
  • 扩展
    • 路由器：
    • DNS服务器：
  • 例：描述访问JD网站流程的步骤：

网络协议

1. C/S、B/S 架构

C:client端   B:browse浏览器   S:server 端

1.1 C/S 架构：

​ 基于客户端与服务端之间的通信。 如QQ、抖音等。

​ 优点：满足个性化设置，响应速度快。

​ 缺点：开发成本、维护成本高，占用空间，用户固定。

1.2 B/S 架构：

​ 基于浏览器与服务端之间的通信。 如360、谷歌浏览器。

​ 优点：开发、维护成本低，占用空间相对低，用户不固定。

​ 缺点：功能单一，没有个性化设置，响应速度慢一些。

2. 网络通信原理

​ 1. 两台计算机要有一堆连接介质连接；

​ 2. 需找到对方计算机软件位置；

​ 3. 遵循互联网通信协议。

3. OSI七层协议（TCP/IP五层）：

结构：应用层（应用层、表示层、会话层）、传输层、网路层、数据链路层、物理层

3.1 物理层：

​ 介质：光缆、双绞线（网线）、无线电波等。

​ 主要是基于电器特性发送高低电信号（1，0） 也叫比特流 010101110...

3.2 数据链路层：

​ 对电信号（比特流）进行分组，定义了分组方式。

3.2.1 以太网协议：

​ 对比特流进行合理的分组。按每一帧分割。

​ 一组电信号（比特流）数据构成一个数据报，叫做“帧”。

​ 每一个数据帧：由报头head和数据data组成。

​ 每帧最短64字节，最长1518字节，超过就会分片发送。

head	data
固定18个字节（源地址6字节、目标地址6字节、数据类型6字节）	46—1500字节

3.2.2 mac地址：（物理地址）

​ 计算机上网卡上标注的地址（计算机地址）。

​ 12位16进制数组成表示（前六位是厂家编号，后六位是流水线号）。

​ 每帧的结构：源mac地址 目标mac地址 数据类型 | data

3.2.3 计算机通信方式：

​ 同一个局域网内，通过广播的形式通信。 局域网所有的计算机都能接受消息、分析消息。是否是找'我'（mac地址）的，不是就会丢弃。

​ 只能在局域网内进行广播。范围太大，会造成广播风暴，效率极低。

3.2.4 交互机的mac地址学习功能：

​ 前提：知道目标的mac地址。 在同一局域网下，第一次发消息是以广播形式，当交互机的接口记录到每个计算机的mac地址后，再发消息就是单播模式。

​ 单播：是一个单个的发送者和一个接受者直接通过网络进行的通信。

​ 广播：“一对所有”的通讯模式。

3.3 网络层：

​ 互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的。

​ 功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址。

3.3.1 IP协议

​ 能够确定局域网（子网）的位置。

​ 规定网络地址的协议叫Ip协议，它定义的地址称为IP地址，广泛采用IPV4，它规定网络地址由32位2进制表示。 范围为：0.0.0.0 ~255.255.255.255

​ 一个IP地址通常写成 四段十进制 ， 如：192.168.14.144

​ IP地址分为两部分： 网路部分：标识子网

​ 主机部分： 标识主机

子网掩码：表示子网络特征的参数，中国是C类子网掩码:255.255.255.0

​ IP地址与子网掩码的二进制码分别进行AND（与）运算，就可判断两个IP地址是否在同一局域网（子网、网段）下。

​ 192.168.14.0 网关地址被占用

​ 192.168.14.255 广播地址被占用

​ 以上三个都属于192.168.14.0的局域网，一个局域网可连254台计算机。

3.3.2 ARP协议

​ 在实际情况中，我们无法知道目标的mac地址，因此需要通过一定的方法获取。

​ ARP协议可以从对方的IP地址获取到对方的mac地址 。

​ 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。

	源mac地址	目标mac地址	源IP地址	目标IP地址	数据部分
发送端	发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	192.168.14.144	192.168.14.20	data

​ 第一次发消息：发送到交互机——>路由器：广播形式发出。 目标计算机接收到信息时，会返回消息，将自己的mac地址传回。

3.4 传输层

​ 端口协议：能够确定软件在计算机的位置。

​ 有65535个端口；0~1023操作系统专门使用的端口； 3306是数据库端口； 自己开发软件都是8080以后的端口号。

3.4.1 UDP协议（User Datagram Protocol）：

​ 用户数据报协议：不可靠的、无连接的传输协议，传输效率高、面向数据包，尽最大努力服务，无拥塞控制。应用：域名系统（DNS），视频流，QQ, 微信。

3.4.2 TCP协议 （Transmission Control Protocol）

​ 可靠的、面向连接的协议、流式协议，传输效率低全双工通信，基于字节流的传输层的通信协议。应用:浏览器、文件传输等。

3.4.3 TCP协议的三次握手和四次挥手

1. 建立连接（三次握手）

syn: 请求 seq ：序列号

TCP三次握手的过程如下：

1. 客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态。
2. 服务器端收到SYN报文，回应一个SYN（SEQ=x）和 ACK（ACK=x+1）报文，进入SYN_RECV状态。
3. 客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK（ACK=x+1）报文，进入Established（连接）状态。

三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。

服务端可以将请求与确认同时传给客户端。

1. 断开连接（四次挥手）

​ 客户端发送服务端数据时，在数据传输完成后，会马上发出fin=1的请求，主动请求断开连接。但此时，服务端可能还在给客户端传输数据，因此不能同时断开，需服务端在传输结束后，再次请求断开连接。所有共有4次挥手。

TCP四次挥手的过程如下：

建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过四次握手，这是由TCP的半关闭（half-close）造成的。

1. 客户端的应用进程首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。客户端的TCP会发送一个FIN（fin=1，seq=y）分节，表示数据发送完毕。
2. 接收到这个FIN的服务端端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认，并返回一个ACK（ack=1+y），断开一个通道连接。
   
   ​注意：FIN的接收也作为一个文件结束符（end-of-file）传递给接收端应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，
   
   因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。
3. 一段时间后服务端也无数据可发时，服务端的应用进程会调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN（fin=1，seq=y）分节。
4. 接收到这个最终FIN的客户端，它的TCP会确认这个FIN，返回一个ACK（ack=1+y），断开另一个通道。

每个方向都需要一个FIN和一个ACK，因此需要4次。

syn洪水攻击：制造大量的假的无效的IP请求服务器，致使正常的IP访问不了服务器。

3.5 应用层

​ 自己定义的协议。

​ 应用层功能：规定应用程序的数据格式。

​ TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。

​ 广播（局域网内）+ mac地址（计算机位置）+ IP（局域网位置）+ 端口（软件在计算机的位置）

有了以上四个参数，就可以确定任何一台计算机的软件的位置。

扩展

路由器：

​ 外网（公网）IP：真正能够访问的地址；

​ 内网（局域网）IP：都是虚拟的IP的，由DHCP协议：路由器自动分配IP地址、网关等。

DNS服务器：

​ 域名解析（将网址解析成IP地址以及相应的端口）。

例：描述访问JD网站流程的步骤：

你的电脑输入"www.JD.com"网址,以单播的方式传到交互机，再以单播方式传到路由器，路由器将网址传给DNS服务器进行域名解析，然后将IP地址、接口等信息返回给路由器；路由器会根据据IP地址进行判断。
	如果是同一个局域网，则以广播或者单播的形式访问到目标服务器的软件上。
	如果不是同一局域网，会经过NPI:IP置换技术，将本机的IP地址换成路由器的IP地址，然后经过路由协议，选取最优的路线；找到目标路由，再以广播或者单播的形式访问到目标服务器的软件上（也可通过端口映射计算，能够直接连接到目标交换机上）。