Python网络编程（OSI模型网络协议TCP）

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Python网络编程（OSI模型网络协议TCP）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言：

什么是网络？

网络是由节点和连线构成，表示诸多对象及其相互联系。

在数学上，网络是一种图，一般认为专指加权图。

网络除了数学定义外，还有具体的物理含义，即网络是从某种相同类 型的实际问题中抽象出来的模型

在计算机领域中，网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享。

网络是人类发展史来最重要的发明，提高了科技和人类社会的发展。

在1999年之前，人们一般认为网络的结构都是随机的。但随着Barabasi和Watts在1999年分别发现了网络的无标度和小世界特性并分别在世界著名的《科学》和《自然》           杂志上 发表了他们的发现之后，人们才认识到网络的复杂性。

网络会借助文字阅读、图片查看、影音播放、下载传输、游戏、聊天等软件工具从文字、图片、声音、视频等方面给人们带来极其丰富的生活和美好的享受。

 
 
 
 
网络目的：
      网络传输的目的是什么？
  •          没错就是：数据传输
 
  由于网络的复杂性以及各种应用硬件等等不匹配原因 
  和编码是一个道理你有你的我有我的会导致冲突等问题
  所以出现了 ：ISO（国际标准化组织）
  ISO是干嘛的呢？
  •      他是一个非盈利性国际组织 这个组织制定了一个用于计算机或通讯系统间的互联网标准体系
  •      叫OSI模型  不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议
  •      OSI公有七层 ：
 
  1.     应用层： 提供用户服务，具体的内容由特定的程序规定
  2.     表示层： 提供数据的加密和压缩优化
  3.     会话层： 确定建立应用链接，选择传输服务
  4.     传输层： 提供数据传输服务，进行流量控制
  5.     网络层： 路由选着，网络互联
  6.     链路层： 提供链路交换，具体消息的发送
  7.     物理层： 物理硬件，接口，网卡的规定
或
 
四层模型：
  1.     应用层 ：  应用层   表示层  会话层
  2.     传输层 ：  传输层
  3.     网络层 ：  网络层
  4.     物理链路层： 链路层和物理层
或
 
五层模型（tcp/ip模型）：
  1.     应用层 ： 应用层   表示层  会话层
  2.     传输层 ： 传输层
  3.     网络层 ： 网络层
  4.     链路层 ： 链路层
  5.     物理层 ： 物理层
 
 
OSI模型优点：
  •              将功能分开 降低网络中的耦合度，
  •              使用开发流程更加清晰，每部分各司其职
 
高内聚低耦合：
  1.   高内聚：每个模块功能尽量单一，不会多个功能掺杂
  2.   低耦合：尽量降低每个模块之间的关联性
 
 
 
 
网络协议：
  •           在网络通讯中协议必须遵守的规定，
  •           如建立什么连接，消息结构如何解析等
  • 应用层：TFTP（文件传输）、HTTP(超文本传输协议)、DNS（域名解析）、SMTP（邮件传输）
  • 传输层：TCP、UDP
  • 网络层：IP
  • 物理层：IEEE
 
iPython3：socket模块
 
网络相关概念：
    网络主机：在网络上确定一台主机
  1.         本地使用：127.0.0.1 或 “localhost”
  2.         网络地址：“0.0.0.0” 或 “172.168.40.53”
  •     ifconfig：查看本机IP （ens33：本地IP  lo：本地回还）
  •     ipconfig：windoes中
  •     socket.gethostname() ：                      获取本机主机名
  •     socket.gethostbyname(\'tedu\') ：        利用主机名获取ip
  •     socket.gethostbyname(\'localhost\')：   获取本地ip
 
常用IP地址:
  1. IPv4： 点分十进制   例如：192.168.1.3   取值0~255（32位）
  2. IPv6： 128位
 
网络连接测试
    ping 172.18.32.47
 
特殊ip
  1.     127.0.0.1            本地IP测试
  2.     0.0.0.0                自动使用本地可用网卡IP
  3.     192.168.1.0        代表网段
  4.     192.168.1.1        通常为网关地址
  5.     192.168.1.255    广播地址
 
 
访问主机IP地址：
    socket.gethostbyaddr(\'127.0.0.1\')
    (\'localhost\', [], [\'127.0.0.1\'])
         主机     别名      ip地址
 
IP十六进制转换：
  •     socket.inet_aton(\'192.168.1.2\')
  •     b\'\\xc0\\xa8\\x01\\x02\'
  •     socket.inet_ntoa(b\'\\xc0\\xa8\\x01\\02\')
  •      \'192.168.1.2\'
 
域名：
  •     是指网络服务器地址在网络上的名称
端口号：
  • 端口号是地址的一部分，在一个系统中每个网络（区分应用ip）
  • 应用监听不同的端口，以获取对应的端口传递信息
  • 取值范围：1---------65535
  •                  1---------255   一些通用端口（众所周知的程序占用）
  •                  256------1023  系统端口
  •                 1024-----65535 自用端口
 
获取应用程序的端口：
  1.     socket.getservbyname(\'ssh\')
  2.     22
  1.     socket.getservbyname(\'mysql\')
  2.     3306
 
 
传输层服务：
 
 面向连接的传输服务（tcp协议）：
  •         传输特征：
  •                可靠的数据传输：
  •                       可靠性：无失序、无差错、无重复、无丢失
  •                       在数据传输前和传输后需要建立连接和断开链接
  •        面向传输服务建立连接的过程：‘三次握手’
  1. 客户端向服务器发送链接请求
  2. 服务器接受到请求进行确认，返回确认报文
  3. 客户端收到服务器回复最终确认链接
  •           面向传输服务断开链接的过程：‘四次挥手’
  1. 主动方发送报文，告知被动方要断开链接
  2. 被动方回复报文，表示已经接受到请求，准备断开
  3. 被动方再次发送报文，表示准备处理就绪，可以断开
  4. 主动方发送确认报文，断开链接
  •         应用情况：
  •     适用于传输较大的内容或文件，网络良好，
  •     需要保证传输可靠性的情况
  •     e.g.  信息聊天，文件上传下载，邮件，网页获取
 面向无连接的传输服务（udp协议）：
  1. 不保证传输的可靠性
  2. 没有建立连接和断开的过程
  3. 数据的收发比较自由
  • 适用情况： 
  •     网络情况较差，对可靠性要求不高，收发消息的两端
  •     e.g.：网络视频，群聊，广播等
 
 
 
 
socket 套接字编程：
    目的：
  • 通过编程语言提供的套接字编程接口
  •           可以更简单的完成基于tcp/udp的编程
    套接字：
  • 是完成上述目标的一种编程手段
    套接字类别：
      1.流式套接字（SOCK_STREAM）：
  •          传输层基于套接字的协议通信
  •          面向连接可靠的传输  tcp的传输   流式套接字
      2.数据报套接字（SOCK_DGRAM）：
  •          面向无连接不可靠的传输 udp的传输  数据报套接字
      3.低层套接字（SOCK_RAM）：
  • 访问底层协议套接字
 
TCP服务端：
   import socket
   1.创建套接字（函数）：
      socket.socket（sock_family = AF_INET,
              sock_type = SOCK_STREAM,
      proto = 0）
      功能：
  • 创建套接字
      参数：
  •  sock_family地址族类型   AF_INET：IPV4网络通讯
  •  sock_tpye：套接字类型   SICK_STREAM ：流式   SOCK_DGRAM：数据报
  •  proto：通常为0  选定子协议类型
  •  返回值：返回一个套接字对象
   2.绑定地址(函数)：
      sockfd.bind（addr）
        功能：
  • 绑定地址
        参数：
  • addr--->元组  (ip, port) ("0.0.0.0", 8888)
   3.设置监听套接字：
      sockfd.listen(n)
        功能：
  • 将套接字设置为监听套接字，创建监听队列
参数：
  • 监听队列大小
  • 一个监听套接字可以连接多个客户端
   4.等待接受客户端链接：
      connfd，addr = sockfd.accept（）  阻塞状态
      功能：
  • 阻塞等待并处理客户端链接
      返回值：
  1.            connfd：新的套接字，用于和客户端通讯
  2.            addr：链接客户端的地址（ip， port）
      阻塞函数：
  •     当程序运行到阻塞函数位置，如果某种条件
  •     没有达成则暂停程序运行，直到条件达成结束阻塞
-
   5.消息的收发：
      data = connfd.recv（buffersize）
        功能：
  • 接受消息
        参数：
  •        一次接受消息的大小 字节
  •         返回值：返回接受的内容
      n = connfd.send（data）
        功能：
  • 发送消息
        参数：
  • 要发送的内容（bytes格式）
  •         返回值：返回实际发送的字节数
   6.关闭套接字
      sockfd.close（）
 
客户端：
    1.创建套接字 （和服务端套接字类型相同）
    2.发起链接
       connect（addr）
          功能：
  • 向服务端发起链接
  参数：
  • 服务器地址  （元组）
    3.消息收发
    4.关闭套接字
 
示例
服务端：
 
from socket import *

# 创建套接字对象
sockd = socket()
# 绑定IP地址
sockd.bind(("127.0.0.1", 6666))
# 设置监听套接字
sockd.listen(5)
# 等待客户端链接
cond, addr = sockd.accept()
# 接受客户端消息（单次1024字节）
data = cond.recv(1024)
print(data.decode())
# 发送消息
cond.send(b"Hello, I\'m the server")
# 关闭套接字
cond.close()
sockd.close()

 


这里本机测试可以利用两个进行 telnet命令链接服务端测试

 
 
服务器：
from socket import *

# 创建套接字
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 绑定地址
sockfd.bind(("0.0.0.0", 8888))
# 设置监听
sockfd.listen(5)
# 等待客户端链接
print("waiting for connect....")
conn, addr = sockfd.accept()
print("Connect from", addr)
print("Connect from", conn)

# 消息收发
while True:
    data = conn.recv(1024)
    if data.decode() == "":
        n = conn.send(b"Bey")
        break
    print("Receive", data.decode())
    n = conn.send(b"Receive your message")
    print("send %d" % n)
# 关闭套接字
conn.close()
sockfd.close()

 


客户端：

# tcp_client.py

from socket import *

sockfd = socket()
sockfd.connect(("172.18.32.31", 8888))
while True:
    msg = input("Msg>>")
    if msg == "":
        break
    sockfd.send(msg.encode())
    data = sockfd.recv(1024)
    # if msg == "Bye":
    #     break
    print(data.decode())
sockfd.close()

 

简单的消息传输：

 

 

以上是关于Python网络编程（OSI模型网络协议TCP）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

网络TCP/IP基础（OSI七层网络参考模型协议及原理）

OSI网络参考模型与TCP/IP协议簇详解 一

python网络编程

网络编程 ———— OSI七层网络模型和TCP/IP五层网络模型

网络基础背景-协议-OSI模型-TCP/IP模型-网络传输-地址管理

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