python学习之网络基础

七网络编程

7.1 C/S B/S架构

7.1.1 认识

Client ：客户端

Browser ：浏览器

Server ：服务器端

C/S：客户端与服务器之间的构架

B/S：浏览器与服务器之间的架构

7.1.2 特点

C/S

优点：安全性高，个性化设置，功能全面，响应速度快

缺点：开发成本高；维护成本高；（基于App），面向用户较固定

B/S

特殊的C/S架构

优点：开发维护成本低；面向用户较广泛；

缺点：安全性相对较低，响应速度较慢，个性化设置单一

7.2 互联网通信原理

互联网通信

1.物理介质，通信双方若要通信，首先保证要两端链路相同；

2.确定对端位置

3.通过统一的通信标准进行数据转发

7.3 OSI七层协议(TCP五层)

物理层

物理介质，包括：中继器、集线器、双绞线

发送的数据是比特数据流。主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

数据链路层

分组数据：

按照一定的协议对比流数据进行分组

以太网协议：

Ethernet，统一的通信标准；

一组电信号构成一个数据报，叫做帧

帧的组成：报头head和数据data两部分，其中head包括：源地址，6个字节；目标地址，6个字节，数据类型6个字节；data包含：最短64字节，最长1500字节，数据报的具体内容

问题1：数据头为什么要固定？

固定的长度就是一个标准，方便提取源地址以及目的地址

问题2：以太网中源地址如何设置唯一？

网线直接接触的硬件就是网卡，网卡上有一个mac地址，确定计算机在网络中的唯一性，一个mac地址由12位16进制的数字串(前六位是厂商编号后六位是流水线号)

广播

在同一局域网内进行广播，配合以太网协议进行通信，范围是在局域网内

单播

端到端进行数据交换

设备：

网桥，以太网交换机，网卡

网络层

寻址、路由选择、连接到建立、保持和终止

IP协议

IP地址+子网掩码，可以确定计算机所在的网段、子网、局域网位置；广播+mac地址+ip == 定位世界上任意一台计算机

IP v4中，规定网络地址由32位2进制表示，范围是0.0.0.0--255.255.255.255,一个IP地址通常写成十进制数

子网掩码：网络部分全为1，主机部分全位0；

IP数据包：head--长度为20到60字节,data--最长为65,515字节

ARP协议

地址解析协议，根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议，通过广播的方式将包含IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址。

工作流程：

1.通过IP地址和子网掩码区分子网

场景	数据包地址
同一子网	目标主机mac地址，目标主机IP地址
不同子网	网关mac地址，目标主机IP

2.如果处于同一网络，将源mac地址，目标mac(FF:FF:FF:FF:FF:FF)，源IP地址，目标IP地址封包广播；如果不在同一个子网，将目标IP地址改成网关地址即可。

3.将arp数据包以广播的方式发送，所有主机都会拆包，检查目的IP地址是否是自己，若果是则响应将自己的mac地址封包发送。

传输层

端口协议，功能就是建立端口到端口的通信。广播+mac地址+ip+端口 == 定位世界上任意一台计算机对应的软件

传输层的功能是建立端口到端口的连接通信，其中端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

TCP 传输控制协议

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议；采用三次握手建立一个连接，采用四次挥手断开连接

三次握手

第一次握手：客户端向服务端发送syn(syn=x)包，并进入syn_sent状态，等待服务器确认，syn是同步序列编号

第二次握手：服务端接受请求报文，确认客户的syn(ack=x+1，ack是确认字符)，同时向客户端发送一个syn包(seq=y)，即syn+ack包，此时服务器进入syn_recv状态

第三次握手：客户端收到服务端的syn+ack包，向服务端发送确认包ack(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入established（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

四次挥手

TCP连接时双向传输模式，客户端或者服务端都可以主动发起断开连接请求

第一次挥手：当主动端的应用程序通知TCP数据已经发送完毕时，TCP向被动端发送一个带有fin附加标记的报文段（fin表示英文finish）。

第二次挥手：被动段收到这个fin报文段之后，并不立即用fin报文段回复主动端，而是先向其发送一个确认序号ack，告诉主动端已接受请求，同时通知自己相应的应用程序：对方要求关闭连接（先发送ack的目的是为了防止在这段时间内，对方重传fin报文段）。

第三次挥手，被动端的应用程序告诉TCP：我要彻底的关闭连接，TCP向主动端送一个fin报文段。

第四次挥手，主动端收到这个fin报文段后，向被动端发送一个ack表示连接彻底释放。

为什么建立连接时是三次握手，而断开连接时是四次呢？

建立连接时，当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但断开连接时，当收到对方的FIN报文时，被动端不会马上关闭连接，但是会先发送一个ACK包，表示已经接到FIN报文，也就是说对方不再发送数据了但是还能接收数据，被动端是否现在关闭发送数据通道，需要上层应用来决定，因此，被动端的ACK和FIN一般会分开发送。

为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

假设网络是不可靠的，最后一个ACK有可能丢失。所以TIME_WAIT停留的2MSL给重发可能丢失的ACK报文预留的时间。

UDP协议

协议	优点	缺点
TCP	好人协议，流式协议，稳定安全	效率低
UDP	效率高，传输快	不安全，无连接，不可靠

使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP),微信qq语音

应用层

在TCP五层协议中，将OSI中的会话层，表示层，应用层统一表示为应用层

功能：规定应用程序的数据格式