【2020Python修炼记】网络编程（一）网络通信协议

【目录】

一、C/S 架构 和 B/S 架构

二、网络通信

三、互联网通信协议——osi 七层协议（应表会传网数物）

四、五层协议

五，小结

 

一、C/S 架构 和 B/S 架构

1、C/S 架构——Client/Server

Client<===========>Server

客户端软件send                             服务端软件recv
操作系统                                         操作系统
计算机硬件<====物理介质=====>计算机硬件

* 操作系统:(operating system，简称os)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

注：计算机(硬件)－>os－>应用软件 

2、B/S 架构——Browser/Server

Browser<===========>Server

b/s架构也是c/s架构的一种

 

二、网络通信

网络存在的意义就是跨地域数据传输，称之为通信
网络=物理链接介质+互联网通信协议

三、互联网通信协议——osi 七层协议（巧记—应表会传网数物）

1、互联网的本质就是一系列的网络协议

* 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。

2、osi七层协议——应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层 —（巧记—应表会传网数物）

1）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

 

2）每层运行常见物理设备

 

3）osi七层协议数据传输的封包与解包过程

四、五层协议

 1、五层协议的组成——应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

计算机1： 　　　　　　　　　　　　　　　　计算机2：

应用层 　　　　　　　　　　　　　　　　　 应用层
传输层 　　　　　　　　　　　　　　　　　 传输层
网络层 　　　　　　　　　　　　　　　　　 网络层
数据链路层 　　　　　　　　　　　　　　　 数据链路层
物理层 <===========交互机===========> 物理层
                              0101010101010

（源mac地址，目标mac地址）（源ip地址，目标ip地址）数据

 

2、物理层：负责发送电信号

 

                                

1）物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网

2）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

3）一组物理层数据称之为：位
     单纯的电信号毫无意义，必须对其进行分组

3、数据链路层：ethernet 以太网协议

1）数据链路层由来：

单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思

2）数据链路层的功能：

定义了电信号的分组方式

3）以太网协议：

早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet：

规定1：一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’一组数据称之为一个数据帧

规定2：数据帧分成两部分=》报头head+数据data两部分

头包含：源地址与目标地址，该地址是mac地址

数据包含：包含的是网络层发过来的整体的内容

head

data

   head包含：(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

规定3：规定但凡接入互联网的主机必须有一块网卡，每块网卡在出厂时都烧制好一个全世界独一无二的地址，

              该地址称之为mac地址。

4）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 。

mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

5）广播

计算机通信基本靠吼，即以太网协议的工作方式是广播。

 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。

 

4、 网络层：IP协议

1）IP协议

要达到的目的：
划分广播域
每一个广播域但凡要接通外部，一定要有一个网关帮内部的计算机转发包到公网
网关与外界通信走的是路由协议

规定1：一组数据称之为一个数据包
规定2：数据帧分成两部分=》头+数据
头包含：源地址与目标地址，该地址是IP地址
数据包含的：传输层发过来的整体的内容

2）IP地址和子网掩码

ipv4地址：
8bit.8bit.8bit.8bit

0.0.0.0
255.255.255.255

子网掩码：
8bit.8bit.8bit.8bit

 

255.255.255.0对应的二进制表达

11111111.11111111.11111111.00000000

一个合法的ipv4地址组成部分=ip地址/子网掩码地址
172.16.10.1/255.255.255.0
172.16.10.1/24

计算机1：
172.16.10.1： 10101100.00010000.00001010.000000001
255255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0: 10101100.00010000.00001010.000000000

计算机2：
172.16.10.2： 10101100.00010000.00001010.000000010
255.255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0: 10101100.00010000.00001010.000000000

 

计算机1： 　　　　　　　　　　　　　　 计算机2：

应用层 　　　　　　　　　　　　　　　　 应用层
传输层 　　　　　　　　　　　　　　　　 传输层
网络层 　　　　　　　　　　　　　　　　 网络层
数据链路层 　　　　　　　　　　　　　　 数据链路层
物理层 <=========二层交互机========> 物理层
　0101010101010

（源mac地址，xxxx）（源ip地址，目标ip地址）数据
（源mac地址，网关的mac地址）（172.16.10.10/24，101.100.200.11/10）数据

 

*事先知道的是对方的ip地址
但是计算机的底层通信是基于ethernet以太网协议的mac地址通信

3）ARP协议

【ARP协议】：
所以必须能够将ip地址解析成mac地址

* arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我们了解到，通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议。

* arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址

  4）计算机在同一局域网以及不同局域网内的通信方式

# 两台计算机在同一个局域网内
计算机1：172.16.10.10/24    ——   直接  ——   计算机2：172.16.10.11/24
ARP：
自己的ip，对方的ip
1、计算二者网络地址，如果一样，拿到计算机2的mac地址就可以了
2、发送广播包
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

# 两台计算机不在同一个局域网内

计算机1：172.16.10.10/24  ——  网关 ——   计算机2：101.100.200.11/10
ARP：
自己的ip，对方的ip
1、计算机二者网络地址，如果不一样，应该拿到网关的mac地址
2、发送广播包
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.1/24 数据

5、传输层——tcp协议、udp协议

1）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。

2）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

 

3）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

 

 

4）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

 

 

5）tcp报文

                            

6）tcp三次握手和四次挥手

                                     

tcp三次握手详解：

 

 

 

 

6、应用层

1）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 

 

2）应用层功能

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”。

 

 

五、小结

1、总结图

          

 

2、数据传输动图

                            

 

 

 

参考资料：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/110296719

https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6129246.html

https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html