浅谈网络编程

Posted 2022-10-03 mryang161

目录

• 网络编程
  • C/S架构和B/S架构
  • 网络协议（osi七层协议）
    • tcp/ip五层协议分析
    • 物理层
    • 数据链路层
    • 网络层
    • 传输层
    • 应用层
    • socket

网络编程

C/S架构和B/S架构

C：client 客户端 S:server 服务端 如：电脑上装的qq，微信等等

B:browser 浏览器 S:server 服务端 如：京东，天猫，7k7k等等

B/S架构的本质也是C/S

S 端：

? 1.有固定的ip

? 2.稳定一直在运行，支持并发

网络协议（osi七层协议）

互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

每层运行常见物理设备

这次我们将应用层、表示层、会话层合并为应用层，从tcp/ip五层协议的角度来阐述每层的由来和功能

tcp/ip五层协议分析

物理层

物理层功能：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

? 数据链路层：把物理层的电信号分组，每一组叫一个数据报/数据帧，每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

以太网协议：

• 一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’

• 每一数据帧分成：报头head和数据data两部

  • 头head：固定18个字节

  • 发送者／源地址，6个字节
  • 接收者／目标地址，6个字节
  • 数据类型，6个字节
  • data包含：(最短46字节，最长1500字节)
    • 数据包的具体内容

  • head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

mac地址 ：

• head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址( 发送者，接收者地址，就是mac地址 )

• 每块网卡都有一个唯一mac地址：12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

广播：
有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼(同一个局域网内通信 ，会出现广播风暴)

网络层

网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由

一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，

这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难

上图结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，

就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关

网络层功能：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

• IP协议：

  • 规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
  • 范围0.0.0.0-255.255.255.255
  • 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1

• ip地址分成两部分

  • 网络部分：标识子网
  • 主机部分：标识主机

注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

• 子网掩码

所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，

172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

结果都是172.16.10.0，因此它们在同一个子网络。

总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

• ip数据包

ip数据包也分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分

head：长度为20到60字节

data：最长为65,515字节。

而以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。

以太网头	ip 头	ip数据

• ip跟mac有转换关系

  • 主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

  • ARP协议：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址
    
  • mac地址学习：mac地址和ip地址的映射表
    • 第一次接收到就会在ip/mac映射表中添加一条数据’172.16.10.11“：ddsadfgegsdgsdg

• 任何一种协议都有头和内容

传输层

传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，

那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

传输层功能：建立端口到端口的通信

补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

• tcp协议：

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

以太网头	ip 头	tcp头	数据

• 三次握手

但是由于网络处理时间太长就变成了下面这样

• 四次挥手

• udp协议：

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

以太网头	ip头	udp头	数据

• tcp报文

应用层

应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式

应用层功能：规定应用程序的数据格式。

例：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”。

socket

我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程，在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程，但PID只在本地唯一，网络中的两个进程PID冲突几率很大，这时候我们需要另辟它径了，我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样我们可以利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程。

能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了，什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

#简单通信服务端
#导入一个socket模块
import socket

#想象成买手机打电话:socket.SOCK_STREAM 表示建立tcp连接 ,udp连接socket.SOCK_DGRAM
#买了个手机
soc=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#插电话卡:绑定ip地址  传元组:(ip,端口号)
soc.bind(('192.168.11.146',8080))  #如果写本机ip，局域网外部可以访问
# soc.bind(('127.0.0.1',8080))    #如果写127.0.0.1，只能自己访问

#开机，监听,这个5 是半连接池的大小
soc.listen(5)
#等待别人给我打电话
print('xxxx')
conn,addr=soc.accept()
print('yyyy')
print(addr)
# conn 就是通路
#接收1024个字节
data=conn.recv(1024)
print('我收到客户端发的',data)
#conn.send  发送数据，数据必须是bytes格式
conn.send(b'xxxxx')

#挂断电话
conn.close()
#销毁手机
soc.close()

#简单通信客户端
import socket
#创建一个socket对象
soc=socket.socket()
#连接服务端
soc.connect(('192.168.11.146',8080))
#发送消息
soc.send(b'xxx')

data=soc.recv(1024)
print('我收到服务端回的',data)
#关闭连接
soc.close()