网络编程基础

网络功能

数据传输

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。

编程思想

• 高内聚 ：模块功能尽可能单一,不要掺杂
• 低耦合 ：模块之间尽可能减少关联和影响

OSI七层模型

网络通信工作流程的标准化

• 应用层
  提供用户服务,具体功能由特定的程序而定,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
  建立应用级的连接，选择传输服务。
• 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
  进行数据转换，具体消息的发送，链路连接。
• 物理层
  物理硬件,具体的传输条件和传输接口。

OSI七层模型优点

• 将工作流程标准化
• 降低了模块间的耦合度，使每一部分可以单独开发，单独工作

四层模型

• 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）

五层模型(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

数据传输流程

• 发送端由应用层到物理层逐层添加信息头（首部），最终在物理层发送。
• 中间经过节点（交换机，路由器等）转发，发送到接收端。
• 在接收端根据发送端的每个信息头进行解析，最终消息到应用层展示给用户。

网络协议

在网络通信中双方都遵循的规定。包括建立什么样的网络结构，消息结构，标识代表什么等。

• 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

网络相关概念

网络主机

在网络中标识一台计算机,HOST

• 本地使用：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。
• 网络使用：0.0.0.0或本机IP
  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')   
              
/* 
* 通过地址获取主机网络信息,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
* 第三个参数表示网络地址 
* args可以是IP或域名  
*/
socket.gethostbyaddr('args')

IP地址

网络上确定一台主机网络位置的地址

IPv4

• 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

测试和某台网络主机是否联通

特殊IP地址

• 127.0.0.1 本地测试IP
• 0.0.0.0 使用本机可用IP
• 192.168.1.0 表示网段IP
• 192.168.1.1 网关IP
• 192.168.1.255 广播地址

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

网络服务器地址的名称

• 方便记忆
• 名称表达一定的含义

端口号

• 端口是网络地址的一部分,用于区分一个网络主机上的网络应用(应用层程序)
• 在一个操作系统中不同的网络应用监听不同的端口号
• 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。

网络字节序

• 数据在网络中的传输格式
• 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

面向连接的可靠传输服务

基于tcp协议的数据传输

实现手段

数据传输断开前都需要进行传输和断开的确认

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

数据的可靠性

• 无重复
• 无丢失
• 无失序
• 无错误

建立连接（三次握手）

tcp传输在数据传输前建立连接的过程

• 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)
• 服务器收到请求后,回复确认消息,表示允许连接
• 客户端收到服务器,进行最终标志发送确认连接

断开连接（四次挥手）

tcp传输在连接断开前进行断开确认的过程

• 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

基于udp协议的传输

传输特点

• 不保证数据的可靠性
• 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
• 数据收发自由

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）
• 网络情况较差，对传输可靠性要求不高，需要提升传输效率。
• 不便连接，需要灵活收发消息
  比如：网络视频，群聊，广播发送

要求 ：
1. osi七层模型介绍一下，tcp/ip模型呢
2. tcp服务和udp服务有什么区别
3. 三次握手和四次挥手是什么意思，过程是怎样的