Python网络编程简介

　　

　　所以，出路就是 IPv6。你们都知道，我们几乎用尽了 IPv4 地址空间。对此我感到有点 尴尬，因为我就是决定 32 位 IP 地址足够因特网实验使用的那个人。我唯一能够辩驳的是， 当时是在 1977 年做出的那个选择，并且当时我认为它仅仅是一个实验。然而，问题是这个实 验并没有结束，所以我们才陷入了这个困境。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—Vint Cerf，2011 年 1 月 ①在 linux.conf.au 会议上口述）

　　① IPv6是英文“Internet Protocol Version 6”（互联网协议第6版）的缩写，是互联网工程任务组（IETF）设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，
其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址.

IPv6的地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。
一、冒分十六进制表示法
二、0位压缩表示法
三、内嵌IPv4地址表示法

 

 

概述

要编写计算机网络通信程序，首先要确定这些程序之间的通信协议。

大多数网络应用就是按照划分为客户（cliclient）和服务（server）来组织。在设计网络应用时，确定总是由客户发起请求往往能够简化协议和程序本身。当一些较为复杂的网络还需要异步回调。

架构

两个程序之间通讯的应用大致可分为两类：

　　应用类：qq \ 微信 、 网易邮箱安装到桌面的应用。

　　web类： 百度、淘宝、博客园等使用浏览器访问的直接使用应用。

 

1C/S架构

　　即: Cient与Server,这种架构也是从用户层面（也可以是物理层面）来划分。

　　客户端泛指应用程序.EXE，程序先安装后，才能运行在用户的电脑上，对用户操作系统环境依赖较大。

　　

 

2B/S架构

　　即： Browser与server，浏览器端与服务器端，这种架构是从用户层面来划分的。(浏览器也是一种Client端)只需在浏览器上通过HTTP请求服务器端相关的资源（网页资源），客户端Browser浏览器就能进行增删改查。

 　　

一个程序如何在网上找到另一个程序？

　　首先程序是启动的，必须有这台机器的地址。例如百度：http://119.75.217.26/

　　　　什么是ip地址？

IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。
　　　　
IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。 　　　　　　
　　　　　　
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。

IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。
　　　　　　
例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数（01100100.00000100.00000101.00000110）。

端口：设备与外界的交流通讯接口port

 

osi七层模型

互联网核心就是一堆协议组成，协议就是标准。

把互联网协议从逻辑上划分了层级：

广域网和路由器

 

路由器　　　
路由器（Router）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。
当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。
因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，
可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。　　
局域网
局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。
局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。
局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。

TCP/IP每层协议讲解

每层运行常见物理设备

每层运行常见的协议

一个服务处理多个用户请求：

也许1个用户也会10分钟之内与不同的web服务器通信。

可以认为客户与服务器之间是通过某个网络协议通信的。

通常涉及多个网络协议层，重点介绍TCP/IP协议族，也称网际协议族。

 

web客户　与 服务器之间使用TCP通信，TCP又转而使用IP通信，IP再通过数据链路层通信。

客户与服务器如果在同一个以太网中通信，通信层次如下：

 物理层

物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

（空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等）

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

数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

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

ethernet规定

  • 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两部分
       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

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）

arp协议 - 查询IP地址和MAC地址的对应关系

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址。

收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；
由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。
ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。相关协议有RARP、代理ARP。NDP用于在IPv6中代替地址解析协议。

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

网络层

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。




传输层


传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时,第一个端到端的层次，具有缓冲作用。


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                                                    






 


 


当应用程序希望通过TCP  与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP将两个应用程序之间建立一个全双工（full-duplex）的通信。


 


tcp建立连接为什么需要三次握手 ？ 为什么四次挥手？




 





三次握手的目的是“为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传到服务端，因而产生错误”，
  这种情况是：一端(client)A发出去的第一个连接请求报文并没有丢失，而是因为某些未知的原因在某个网络节点上发生滞留，
  导致延迟到连接释放以后的某个时间才到达另一端(server)B。本来这是一个早已失效的报文段，但是B收到此失效的报文之后，
  会误认为是A再次发出的一个新的连接请求，于是B端就向A又发出确认报文，表示同意建立连接。如果不采用“三次握手”，
  那么只要B端发出确认报文就会认为新的连接已经建立了，但是A端并没有发出建立连接的请求，因此不会去向B端发送数据，
  B端没有收到数据就会一直等待，这样B端就会白白浪费掉很多资源。如果采用“三次握手”的话就不会出现这种情况，
  B端收到一个过时失效的报文段之后，向A端发出确认，此时A并没有要求建立连接，所以就不会向B端发送确认，这个时候B端也能够知道连接没有建立。

  问题的本质是，信道是不可靠的，但是我们要建立可靠的连接发送可靠的数据，也就是数据传输是需要可靠的。在这个时候三次握手是一个理论上的最小值，
  并不是说是tcp协议要求的，而是为了满足在不可靠的信道上传输可靠的数据所要求的。

超时重传机制：
    (1) 如果第一个包，A发送给B请求建立连接的报文(SYN)如果丢掉了，A会周期性的超时重传，直到B发出确认(SYN+ACK)；
    (2) 如果第二个包，B发送给A的确认报文(SYN+ACK)如果丢掉了，B会周    期性的超时重传，直到A发出确认(ACK)；
    (3) 如果第三个包，A发送给B的确认报文(ACK)如果丢掉了，




    

  • A在发送完确认报文之后，单方面会进入ESTABLISHED的状态，B还是SYN_RCVD状态；
    • 









    

  • 如果此时双方都没有数据需要发送，B会周期性的超时发送(SYN+ACK)，直到收到A的确认报文(ACK)，此时B也进入ESTABLISHED状态，双方可以发送数据；
    • 

  • 如果A有数据发送，A发送的是(ACK+DATA)，B会在收到这个数据包的时候自动切换到ESTABLISHED状态，并接受数据(DATA)；
    • 

  • 如果这个时候B要发送数据，B是发送不了数据的，会周期性的超时重传(SYN+ACK)直到收到A的确认(ACK)B才能发送数据。
    • 







 


为什么四次挥手？




    

  • 本质的原因是tcp是全双公的，要实现可靠的连接关闭，A发出结束报文FIN，收到B确认后A知道自己没有数据需要发送了，B知道A不再发送数据了，自己也不会接收数据了。
    • 

  • 但是此时A还是可以接收数据，B也可以发送数据；当B发出FIN报文的时候此时两边才会真正的断开连接，读写分开。
    • 


作者：ytlm
链接：https://www.jianshu.com/p/e7f45779008a
來源：简书









 


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                              






 


用户数据协议，一个简单的面向数据包的协议。UDP不提供可靠性。适合于一次传输少量数据，UDP传输的可靠性由应用层负责。


我们通过


常用的UDP端口号有：



应用协议 端口号
DNS 53
TFTP 69
SNMP 161




 

计算机网络学习笔记--传输层知识总结：https://www.cnblogs.com/fingerboy/p/5402354.html


 




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


网络山的两个程序同过一个双向的通信连接实现数据交换，这个连接的一端称为socket。通常也称作"套接字"




理解：Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。




其实站在你的角度上看，socket就是一个模块。我们通过调用模块中已经实现的方法建立两个进程之间的连接和通信。
也有人将socket说成ip+port，因为ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序。
所以我们只要确立了ip和port就能找到一个应用程序，并且使用socket模块来与之通信。






套接字历史


套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。 


基于文件类型的套接字家族


套接字家族的名字：AF_UNIX


unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信


基于网络类型的套接字家族


套接字家族的名字：AF_INET


(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)


 


网络通信实现


想实现网络通信，每台主机需具备四要素


    

  • 本机的IP地址
    • 

  • 子网掩码
    • 

  • 网关的IP地址
    • 

  • DNS的IP地址
    • 



获取这四要素分两种方式


1.静态获取


　　即手动配置


2.动态获取


　　通过dhcp获取






　　以太网头
ip头
udp头
dhcp数据包






 


 


　　（1）最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。


　　（2）后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。


　　（3）最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。


 


这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。


 


接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。


 


新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数




网络通信流程


1.本机获取


    

  • 本机的IP地址：192.168.1.100
    • 

  • 子网掩码：255.255.255.0
    • 

  • 网关的IP地址：192.168.1.1
    • 

  • DNS的IP地址：8.8.8.8
    • 



2.打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。


3.dns协议(基于udp协议)




 


13台根dns：


A.root-servers.net198.41.0.4美国
B.root-servers.net192.228.79.201美国（另支持IPv6）
C.root-servers.net192.33.4.12法国
D.root-servers.net128.8.10.90美国
E.root-servers.net192.203.230.10美国
F.root-servers.net192.5.5.241美国（另支持IPv6）
G.root-servers.net192.112.36.4美国
H.root-servers.net128.63.2.53美国（另支持IPv6）
I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
J.root-servers.net192.58.128.30美国
K.root-servers.net193.0.14.129英国（另支持IPv6）
L.root-servers.net198.32.64.12美国
M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）


 


域名定义：http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html


顶级域名：以.com,.net,.org,.cn等等属于国际顶级域名，根据目前的国际互联网域名体系，国际顶级域名分为两类：类别顶级域名(gTLD)和地理顶级域名(ccTLD)两种。类别顶级域名是　　　　　　　　            以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等结尾的域名，均由国外公司负责管理。地理顶级域名是以国家或地区代码为结尾的域名，如"CN"代表中国，"UK"代表英国。地理顶级域名一般由各个国家或地区负责管理。


二级域名：二级域名是以顶级域名为基础的地理域名，比喻中国的二级域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.
一般来说，二级域名是域名的一条记录，比如alidiedie.com是一个域名，www.alidiedie.com是其中比较常用的记录，一般默认是用这个，但是类似*.alidiedie.com的域名全部称作是alidiedie.com的二级


 


 


4.HTTP部分的内容，类似于下面这样：


 




GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: … …
















 


我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。


 


5 TCP协议


 


TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。


TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。


 


6 IP协议


 


然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。


IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。


 


7 以太网协议


 


最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。


以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。




 


 


8 服务器端响应


 


经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。


根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的”HTTP请求”，接着做出”HTTP响应”，再用TCP协议发回来。


本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。


 


来自昵称：linhaifeng


       地址：


 






		

		
posted @ 
2019-01-04 20:11 
蛇夫座 
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