网络

网络体系结构标准

OSI模型

• 1、网络信息传输比较复杂需要很多功能协同。
• 2、将功能分开,降低耦合度,让每个模块完成一定的功能。
• 3、将这些模块按照一定的顺序进行组合,完成功能,条理清晰。
  按照规定功能、顺序排列的体系结构,即为OSI模型。

七层模型

• 应用层
  提供用户服务,例如处理应用程序、文件传输、数据管理等。
• 表示层
  数据的转换和压缩、解压的加密等。
• 会话层
  决定了进程间的连接建立,选择使用了什么样的传输协议。
• 传输层
  建立网络连接,提供合适的连接传输服务,提供流量控制。
• 网络层
  控制分组传输,进行路由选择,网络互联。
• 链路层
  提供链路交换,具体的数据收发。
• 物理层
  物理硬件,具体的传输条件和传输接口。

四层

• 应用层（应用层、表示层、会话层）
• 传输层
• 网路层
• 物理链路层（链路层、物理层）

五层（TCP/IP模型）

• 应用层（应用层、表示层、会话层）
• 传输层
• 网路层
• 链路层
• 物理层

网络协议

在网络传输过程中,为了保证通信的正常而制定的都遵守的约定。

应用层协议

TFTP、DNS、FTP、SMTP、HTTP

传输层协议

TCP、UDP

网络层协议

IP、ARP、ICMP

物理链路层协议

IEEE

主机

主机名称

计算机名、域名,仅限于本地,用不了互联网。

本地主机表示方法：IP

表示本机在网络上的定位。

• localhost或127.0.0.1：表示本机通信地址。只有本机的其他程序可以访问,网络访问不了,也可叫本机回环地址,可用于本地模拟测试。
• IP地址：表示本机在网络上的标识,可用于网络。0.0.0.0：表示在局域网内的可用主机IP,如果不知道本机的IP,可用0.0.0.0表示给本主机分配一个局域网内随机可用IP。

相关函数

// 导入相关模块
import scoket                 
 
// 获取主机名称
socket.gethostname()   
         
// 通过主机名称解析本机或主机服务器IP
socket.gethostbyname('hostname') 

//  解析本机localhost回环IP  
socket.gethostbyname('localhost')   
              
/* 
* 查看主机的信息,返回一个元组
* 第一个参数表示主机名
* 第二个参数表示主机别名
* 第三个参数表示主机地址 
* args可以是IP或域名  
*/
socket.gethostbyaddr('args')

IP地址

指一台计算机在互联网中的标志

IPv4

表示方法

• 点分十进制
  三个点将IP分为四个部分,每部分取值0~255
  例如：192.168.1.5,192.121.10.23,172.23.5.6 ...
• 二进制
  32位二进制表示

IPv6

• 随着网络的发展,IPv4地址不够用了,为了扩展地址空间,研究出了IPv6。
• IPv6为128位,用十六进制表示,两个十六进制占一组,大大扩展了地址空间。
• 在我国,大部分的民用地址还是IPv4,有些商用地址是IPv6。

192.168.1.0 表示该网段
192.168.1.1 该网段的网关地址
192.16.1.255 广播地址

ping命令

查看是否可以访问某台主机

IP地址的转换

/*
   socket.pton()与socket.ntop()有第一个参数
   AF_INET表示转化IPv4类地址
   AF_INET6表示转化IPv6类地址
  其余和socket.inet_aton()与socket.inet_ntoa()功能相同
*/

// 将点分十进制转换为二进制
socket.inet_aton('192.168.12.23')  // b'\xc0\xa8\x0c\x17'
socket.inet_pton(socket.AF_INET,'192.168.12.23')  // b'\xc0\xa8\x0c\x17'

// 将二进制转换为点分十进制
socket.inet_ntoa(b'\xc0\xa8\x0c\x17')  // 192.168.12.23
socket.inet_ntop(socket.AF_INET,b'\xc0\xa8\x0c\x17')   // 192.168.12.23

域名

互联网服务器IP的名字,方便使用

端口号

地址的组成部分,用于在一个系统中区分应用层程序
取值范围：1~65536
1 ~ 255 众所周知的端口,一些特有的程序会占用这些端口
256 ~ 1023 系统程序占用的端口
1024 ~ 49151 登记端口（可以使用）
49152 ~ 65535 私有端口或者动态端口
推荐使用10000以上的端口号

获取系统中某个网络服务程序的端口号

// 获取系统中某个网络服务程序的端口号
socket.getservbyname('ssh')    // 22
socket.getservbyname('mysql')  // 3306
socket.getservbyname('http')   // 80

子网掩码

与IP配合使用,来确定当前的网段。
按位相与即可得到当前网段。

字节序

• 小端序：低序字节存在低地址位
• 大端序：高序字节存在低地址位
• 网络统一：网络字节序,保证不同的主机按照相同方式发送接收解析数据

TCP/UDP协议

传输层提供的通信协议

面向连接的可靠服务（TCP协议）

• TCP协议规定：
  • 传输服务必须建立连接
  • 传输结束必须断开连接
  • 传输数据必须保证可靠
• 建立连接（三次握手）
  • 客户端向服务端发送连接请求（发送一个试探性的标志字符给服务器）
  • 服务器端接收到请求后告知客户端可以连接
  • 再次告知服务器客户端已经收到回复,下面开始发送具体的消息
• 数据的可靠性
  • 无重复
  • 无丢失
  • 无失序
  • 无错误
• 断开连接（四次挥手）
  • 主动方送标志告知被动方要断开来连接
  • 被动方返回相应的标志信息告知主动方已经收到断开请求
  • 被动方会再次发送标志位信息表示已经准备就绪可以断开
  • 主动方断开连接告知被动方
• 适用情况
  • 对传输质量要求较高,需要可靠的传输。
  • 传输的数据量较大,不需要频繁的连接断开
    比如：QQ消息、邮件收发、文件上传、账户登陆等

面向无连接的不可靠服务（UDP协议）

• 特点
  • 不保证数据的完整性
  • 数据的发送都是由发起端决定的,不考虑接收端的情况
  • 没有三次握手和四次挥手的过程
• 适用情况
  • 对实时性要求较高
  • 网络情况不佳的时候
  • 对数据的准确性没有严格要求
  • 建立必要的非连接的情况（比如：广播组播）

套接字

网络间进行通信的方式的名称。
在linux中演化为一种文件类型。

套接字的分类

流式套接字

表示传输层使用TCP协议提供面向连接的传输服务,以字节流形式进行传输

数据报套接字

表示传输层使用UDP协议提供面向无连接的传输服务,以消息结构体形式进行传输

原始套接字

一般用于底层测试（一般用不到）

基于TCP协议的socket编程

服务端

• 创建一个TCP流式套接字
  socket(family = AF_INET,type = SOCK_STREAM,proto = 0)

  • 功能：创建一个套接字
  • 参数：
    • family 协议族类型 （AF_INET、UNIX）
    • type 套接字类型
      SOCK_STREAM TCP流式套接字
      SOCT_DGRAM UDP数据报套接字
      SOCK_RAM 原始套接字
    • proto 自协议类型 一般为0
  • 返回值：套接字对象

• 绑定本机的IP和端口号
  bind(address)

  • 功能：邦定本机的IP和端口号
  • 参数：一个包含两个元素的元组,元组第一个元素是主机名,第二个是使用的端口号

• 将套接字变为可监听套接字
  listen(n)

  • 功能：
    • 将套接字设置为监听套接字,让套接字可以去接受多个客户端的连接请求
    • 设置一个连接等待队列
  • 参数：是一个正整数 >=1

• 套接字等待客户端请求
  accept()

  • 功能：阻塞等待客户端的连接
  • 参数：无
  • 返回值：
    • 第一个返回值为和客户端交互的新的套接字
    • 第二个返回值为连接进来的客户端的address

• 消息的收发
  recv(buffer)

  • 功能：接受网络消息
  • 参数：正整数,表示一次接受从缓冲区中拿到的消息的字节数
  • 返回值：返回接收到的消息
  • 当接收的网络缓冲中没有内容时会阻塞

• 当连接断开后,recv会结束阻塞返回一个空字串
  send(data)

  • 功能：发送网络消息
  • 参数：要发送的内容
  • 返回值：实际发送的字节数
  • python3中要求send的内容必须为bytes格式

  sendall(data)

  • 功能：发送网路消息
  • 参数：要发送的内容要求为bytes格式
  • 返回值：如果成功发送返回None,发送失败报异常

• 关闭套接字

客户端

connect(address)

• 功能：向服务器发起连接请求
• 参数：address是一个元组,即为要连接的服务器的地址
• 注意点：
  • 客户端要和服务器端的套接字类型相同
  • 客户端就是用创建的套接字和服务器交互
  • recv和send要与服务器配合,避免recv死阻塞

TCP循环服务不能满足多个客户端同时发送请求的情况,它不允许多个单个客户端单独长期占有服务器资源

TCP数据传输

recv会不断取出接受缓冲区中的内容,如果一次没有拿完,那么下次回继续收取没拿完的消息

TCP粘包

• TCP粘包指的是发送方发送若干次数据的时候,因为是数据流的传输方式,导致数据粘连在一起,接受方一次将多次发送的数据一起接受,产生接受数据的粘连。
• 粘包是TCP传输特有的现象,因为TCP传输没有消息边界。
• 如果是发送连续的内容,比如文件等则粘包没有影响。如果是每次发送为单独需要处理的内容则要处理粘包。

处理粘包现象

• 将消息个格式化
• 发送消息的同时发送一个消息长度标志
• 让消息的发送延迟,使接受端每次都能够有时间接受一个消息

#!/usr/bin/python3
# argv.py
import sys
// 将命令行内容收集为一个列表,每一个元素是命令行中的一项
print(sys.argv)

// ./argv.py ab cd
print(sys.argv)   // ['argv.py','a','b']

基于UDP协议的socket编程

服务端

• 创建数据包套接字
• 绑定本地IP和端口
• 收发消息
• 关闭套接字

客户端

• 创建数据包套接字
• 收发消息
• 关闭套接字

相关函数

recvfrom(BUFFERSIZE)

• 功能：在UDP中接受消息
• 参数：BUFFERSIZE表示一次最多可以接受多少自己的消息
• 返回值：
  data 接受到的消息
  addr 表示从哪个客户端接收到的消息
• 每次只能接受一个数据包,如果数据包的大小超过recvfrom的设置大小则会出现数据丢失

sendto(data,addr)

• 功能：向一个网络终端发送消息
• 参数：
  data 要发送的消息(bytes)
  addr 发送对象的地址

TCP于UDP的区别

• TCP是有连接的,UDP是无连接的
• TCP有三次握手四次挥手的过程,UDP没有
• TCP是以数据流传输数据,会有粘包,UDP是数据报的形式没有粘包
• TCP的连接需要消耗一定的资源,相比之下UDP资源消耗少
• TCP保证数据的可靠性,UDP不保证
• TCP需要listen,accept,connect,UDP不需要

套接字属性

sock = socket.socket()

• sock.getpeername()
  用作服务器连接套接字,查看连接的客户端地址
• sock.getsockname()
  获取套接字对应绑定的地址和端口
• sock.type
  获取套接字的类型
• sock.fileno()
  获取套接字的文件描述符号码。
  系统会给进程中每个IO操作对象分配一个>=0的正整数作为标号,我们称之为该IO操作的文件描述符。一个进程中所有IO的文件描述符不会重复。
• sock.setsockopt(level,optname,value)
  功能：设置套接字选项,可以增加或改变套接字的功能
  参数：
  level 要定义的选项类型
  optname 每种类型都有具体的选项,根据具体的需求选择选项进行设置
  value 将选择的选项设置为什么值
• getsockopt(level,optname)
  功能：获取相应选项的值
  参数：
  level 要获取的选项类型
  optname 每种类型都有具体的选项,根据具体的需求选择要获取的选项
  返回值：获取到的值