Python之网络编程 osi协议

网络协议篇(osi七层协议)

一 互联网的本质

互联网通信的原理:

1. 通过各种物理连接介质连接 网线 电话线 无线传输 基站 等

2. 找准确确定对方计算机(准确到软件)的位置 类似电话的拨号

3. 通过统一的标准(网络协议)进行数据的收发

   协议 : 指的是互联网协议 , 一个个的标准

英语成为世界上所有人通信的统一标准，如果把计算机看成分布于世界各地的人，那么连接两台计算机之间的internet实际上就是一系列统一的标准，这些标准称之为互联网协议，互联网的本质就是一系列的协议，总称为‘互联网协议’（Internet Protocol Suite).

互联网协议的功能：定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机通信的标准。

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

C/S 与 B/S架构

​ C : client端 , 客户端

​ B : browser端

​ S : server端

​ C/S 客户端与服务器之间的架构

QQ 微信 游戏 等 APP 都属于C/S 架构

​ 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), 面向的客户固定

​ B/S 游览器与服务器之间的架构 : 他属于C/S架构 最近几年比较流行的特殊的C/S架构

​ 优点 : 开发维护成本低, 面向的用户广泛

​ 缺点 : 安全性相对较低, 响应速度相对慢, 个性化的设置单一

osi七层协议(五层协议)

应用层
网络服务与最终用户的一个接口。
协议有：HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP
表示层
数据的表示、安全、压缩。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
格式有，JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等
会话层
建立、管理、终止会话。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
对应主机进程，指本地主机与远程主机正在进行的会话
传输层
定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验。
协议有：TCP UDP，数据包一旦离开网卡即进入网络传输层
网络层
进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择。
协议有：ICMP IGMP IP（IPV4 IPV6）
数据链路层
建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能。（由底层网络定义协议）
将比特组合成字节进而组合成帧，用MAC地址访问介质，错误发现但不能纠正。
物理层
建立、维护、断开物理连接。（由底层网络定义协议）

• 物理层

  ​ 一系列的物理连接介质: 网线 光纤 电缆等

  ​ 发送的数据就是0100比特数据流, 这些数据连续不断地收发 , 不过物理层拿到比特流没有用, 不知道这些数据代表的意义, 数据要进行分组(按照一定规则),数据分组这件事物理层做不了

• 数据链路层: 以太网协议

  ​

  • 一组电信号构成一个数据报, 叫做 帧

  • 每一个数据帧分成: 报头head 和 数据date两部分

    数据头(head) | date数据

    数据头: 固定长度18个字节

    源地址 , 目的地址 , 数据类型

    date数据: 46 字节 < = date <= 1500字节

  • 数据头为什么要固定?

    固定就是个标准 统一 为了提取源地址以及目标地址

  • 以太网协议中源目标地址如何设置唯一?

    网线直接接触的硬件就是网卡.网卡上有一个地址,mac地址,确定计算机的唯一性的物理地址.

    网卡上: 12位 16进制组成的一串数字: 前六位 厂商编号: 后六位:流水线号.

• 网络层: IP 协议层 确定对方的局域网的位置

  广播 mac地址+ ip == 可以查找世界任意一台计算机

  计算机的通信 : 计算机的软件与服务器的软件进行的通信

• 传输层:端口协议

  广播 mac地址 + ip + 端口 == 可以找到世界上任意一台计算机对应的软件

• 应用层: 软件自己定义的协议

  QQ 发送数据 : "今晚请我吃饭" ---> {id:'念','content':'今晚请我吃饭'}

  将数据按照自己定义的协议进行封装 http FTP协议

五层协议重新梳理:

​ 服务器: 大黑盒子, 机房声音很大,对温度,湿度,等环境都有要求,双电源,双网卡,系统linux.

详细解释中间环节一些特殊的功能:

数据经过以太网协议封装后,先要从局域网内进行吼.每次发消息,每次都要吼,这样效率也是很低的.(数据给交换机,交换机在分发出去.)

交换机的自主学习功能:

广播: 吼(形象不).

单播: 单线直接联系.

物理层---> 数据链路层(以太网协议(mac地址)) ---->网络层(IP协议) ----> 传输层(端口协议(TCP,UDP协议)) ---> 应用层:

mac地址 + 广播形式 + ip地址 + 端口 == 锁定全世界范围内的任意一个计算机的某软件的位置.

ip地址 + 端口 == 锁定全世界范围内的任意一个计算机的某软件的位置.

传输层: 端口协议.

TCP协议,UDP协议.

端口: 0~65535端口号.

​ 1~1023系统占用的端口号.

​ 1024~8000之内:一般的是有软件占用.

TCP的三次握手四次挥手

客户端 与 服务端第一次建立通信联系 需要三次''握手''.

第一次握手: 客户端 ---> 服务端 发送建立连接请求(SYN=1,seq=x)
第二次握手: 服务端 ---> 客户端 回复同意建立链接,并提交一个建立链接的请求(SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1)
第三次握手: 客户端 ---> 服务端 回复同意建立链接(ACK=1,seq=x+q,ack= y+1)

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包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。

建立的链接不能一直连接着.

TCP协议: 好人协议,不会拒绝别人.

syn洪水攻击: 黑客会虚拟很多的假IP,然后访问你的服务器,半连接池,缓冲效果.

四次挥手:

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

udp与tcp

tcp协议:

​ 优点:好人协议,流式协议.稳定,安全,

​ 缺点: 效率低,

使用TCP的应用：Web浏览器；文件传输程序。

udp协议:

​ 优点: 效率高,传输快.

​ 缺点: 不安全,不是面向连接的,不可靠

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