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Python網路編程 —— 網路基礎知識

2020-11-12 15:37:37 後端開發

1、網路的基礎概念

(1)、網路架構

C / S 架構: client 客戶端 / server 服務端

諸如:qq 微信 瀏覽器 英雄聯盟 穿越火線 ··· --- 需要安裝客戶端

這里的客戶端一般泛指客戶端應用程式 EXE,程式需要先安裝后 ,才能運行在用戶電腦上,對用戶的電腦作業系統環境依賴較大,

img

B / S 架構: browser 瀏覽器 / server 服務器

諸如:百度 淘寶 碼云 ··· --- 只要在瀏覽器輸入網址就可以直接使用了

B / S 架構中的瀏覽器,也是客戶端的一種,不過不需要大家去安裝什么應該程式,只需在瀏覽器上通過HTTP請求服務器端相關的資源(網頁資源),客戶端瀏覽器就能夠進行增刪改查,

img

B / S 是 C / S 架構中的一種;C / S 架構安全性較高,但程式比較龐大,

(2)、移動端

APP

微信小程式:統一了所有web程式的入口

支付寶:統一了所有和錢相關的事

(3)、mac地址

Mac地址是一個物理地址,唯一的標識了一臺網路設備,每塊網卡出廠時都被燒制上一個世界唯一的mac地址,長度為48位2進制,通常由12位16進制數表示(前六位是廠商編號,后六位是流水線號)

head中包含的源和目標地址由來:ethernet規定接入internet的設備都必須具備網卡,發送端和接收端的地址便是指網卡的地址,即mac地址,

(4)、IP地址

IP地址是一個邏輯地址,是可以根據位置變化而變化的,能夠在廣域網中進行快速的定位

<1>、IPV4地址

表示 : 4 位點分十進制

范圍 : 0.0.0.0 - 255.255.255.255

數量 :2**32

<2>、IPV6地址

6位冒分十六進制

0.0.0.0 - FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFFF

(5)、公網和內網

公網 : 0.0.0.0 - 255.255.255.255 (不包含保留欄位的IP)

能夠在任意一個地方去訪問的IP地址

內網 : 所有的內網IP都要使用保留欄位

只能在一個區域內使用,出了這個區域就用不了了

# ip保留地址

a類網:192.168.0.0  -  192.168.255.255
b類網:172.16.0.0  -  172.32.255.255
c類網:10.0.0.0  -  10.255.255.255

(6)、路由器和交換機

<1>、 交換機

交換機(Switch)是一種用于電(光)信號轉發的[網路設備,它可以為接入交換機的任意兩個網路節點提供獨享的電信號通路,最常見的交換機是以太網交換機,其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等,

# 交換機完成局域網內通信

交換機不認識 IP 地址,只認識 mac 地址
通過 IP 找 mac 地址:arp協議(地址決議協議)
方式: 單播    廣播    組播
<2>、 路由器

路由器是連接兩個或多個網路的硬體設備,在網路間起網關的作用,是讀取每一個資料包中的地址然后決定如何傳送的專用智能性的網路設備,

# 路由器完成局域網間通信

img

(7)、網關IP

網關實質上是一個網路通向其他網路的IP地址,

(8)、子網掩碼

 子網掩碼,就是表示子網路特征的一個引數,它在形式上等同于IP地址,也是一個32位二進制數字,它的網路部分全部為1,主機部分全部為0,比如,IP地址172.16.10.1,如果已知網路部分是前24位,主機部分是后8位,那么子網路掩碼就是11111111.11111111.11111111.00000000,寫成十進制就是255.255.255.0,

  知道”子網掩碼”,就可以判斷,任意兩個IP地址是否處在同一個子網路,方法是將兩個IP地址與子網掩碼分別進行AND運算(兩個數位都為1,運算結果為1,否則為0),然后比較結果是否相同,如果是的話,就表明它們在同一個子網路中,否則就不是,

255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

# 判斷兩個IP地址是否在同一網段   結果相同則為同一網段,反之不是, IP 和 子網掩碼 之間是 按位運算
192.168.13.26  
255.255.0.0
11000000.10101000.00001101.00011010
11111111.11111111.00000000.00000000
11000000.10101000.00000000.00000000 = 192.168.0.0

192.168.12.134
255.255.0.0
11000000.10101000.00001100.10000110
11111111.11111111.00000000.00000000
11000000.10101000.00000000.00000000 = 192.168.0.0

# 結果都是192.168.0.0,因此它們在同一個子網路,

(9)、port 埠 : 0 - 65535

? 一臺擁有IP地址的主機可以提供許多服務,比如Web服務、FTP服務、SMTP服務等,這些服務完全可以通過1個IP地址來實作,那么,主機是怎樣區分不同的網路服務呢?顯然不能只靠IP地址,因為IP地址與網路服務的關系是一對多的關系,實際上是通過“IP地址+埠號”來區分不同的服務的,

? IP + port 能夠唯一的確認網路上的一臺機器上的一個服務,

2、互聯網協議與OSI模型

(1)osi七層協議

應用層 : 網路服務與最終用戶的一個介面
表示層 : 資料的表示、安全、壓縮,(在五層模型里面已經合并到了應用層)
會話層 : 建立、管理、終止會話,(在五層模型里面已經合并到了應用層)
傳輸層 : 定義傳輸資料的協議埠號,以及流控和差錯校驗,
網路層 : 進行邏輯地址尋址,實作不同網路之間的路徑選擇,
資料鏈路層 : 建立邏輯連接、進行硬體地址尋址、差錯校驗等功能,(由底層網路定義協議)
物理層 : 建立、維護、斷開物理連接,(由底層網路定義協議)

(2)osi五層協議

應用層(五層)
傳輸層(四層)        埠         UDP協議 / TCP協議             四層交換機      四層路由器
網路層(三層)       		IPV4協議  / IPV6協議            路由器        三層交換機
資料鏈路層(二層)     mac             arp協議                     網卡        (二層)交換機
物理層(一層)

3、TCP/UDP協議

(1)、TCP協議

? 當應用程式希望通過 TCP 與另一個應用程式通信時,它會發送一個通信請求,這個請求必須被送到一個確切的地址,在雙方“握手”之后,TCP 將在兩個應用程式之間建立一個全雙工 (full-duplex) 的通信,這個全雙工的通信將占用兩個計算機之間的通信線路,直到它被一方或雙方關閉為止,

用途:上傳,下載
特性:安全可靠、 面向連接、 速度慢、 能傳遞的資料長度不限
程序:
建立連接   --  三次握手
訊息傳遞   --  可靠傳輸
斷開連接   --  四次揮手
TCP三次握手的程序如下:
    客戶端發送SYN(SEQ=x)報文給服務器端,進入SYN_SEND狀態,
	服務器端收到SYN報文,回應一個SYN (SEQ=y)ACK(ACK=x+1)報文,進入SYN_RECV狀態,
	客戶端收到服務器端的SYN報文,回應一個ACK(ACK=y+1)報文,進入Established狀態,
三次握手完成,TCP客戶端和服務器端成功地建立連接,可以開始傳輸資料了,
TCP四次揮手的程序如下:
建立一個連接需要三次握手,而終止一個連接要經過四次揮手,這是由TCP的半關閉(half-close)造成的,
(1) 某個應用行程首先呼叫close,稱該端執行“主動關閉”(active close),該端的TCP于是發送一個FIN分節,表示資料發送完畢,
(2) 接收到這個FIN的對端執行 “被動關閉”(passive close),這個FIN由TCP確認,
注意:FIN的接收也作為一個檔案結束符(end-of-file)傳遞給接收端應用行程,放在已排隊等候該應用行程接收的任何其他資料之后,因為,FIN的接收意味著接收端應用行程在相應連接上再無額外資料可接收,
(3) 一段時間后,接收到這個檔案結束符的應用行程將呼叫close關閉它的套接字,這導致它的TCP也發送一個FIN,
(4) 接收這個最終FIN的原發送端TCP(即執行主動關閉的那一端)確認這個FIN,
既然每個方向都需要一個FIN和一個ACK,因此通常需要4個分節,
注意:
(1) “通常”是指,某些情況下,步驟1的FIN隨資料一起發送,另外,步驟2和步驟3發送的分節都出自執行被動關閉那一端,有可能被合并成一個分節,
(2) 在步驟2與步驟3之間,從執行被動關閉一端到執行主動關閉一端流動資料是可能的,這稱為“半關閉”(half-close),
(3) 當一個Unix行程無論自愿地(呼叫exit或從main函式回傳)還是非自愿地(收到一個終止本行程的信號)終止時,所有打開的描述符都被關閉,這也導致仍然打開的任何TCP連接上也發出一個FIN,
無論是客戶還是服務器,任何一端都可以執行主動關閉,通常情況是,客戶執行主動關閉,但是某些協議,例如,HTTP/1.0卻由服務器執行主動關閉,

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(2)、UDP協議

? 當應用程式希望通過UDP與一個應用程式通信時,傳輸資料之前源端和終端不建立連接,當它想傳送時就簡單地去抓取來自應用程式的資料,并盡可能快地把它扔到網路上,

用途:即時通訊工具
特性:不可靠、 面向資料報、 速度快、 能傳遞的資料長度有限
程序:

不管對方在不在線 直接發送

不占連接

隨時可以收發訊息

(3)、TCP和UDP的比較:

? TCP --- 傳輸控制協議,提供的是面向連接、可靠的位元組流服務,當客戶和服務器彼此交換資料前,必須先在雙方之間建立一個TCP連接,之后才能傳輸資料,TCP提供超時重發,丟棄重復資料,檢驗資料,流量控制等功能,保證資料能從一端傳到另一端,
? UDP --- 用戶資料報協議,是一個簡單的面向資料報的運輸層協議,UDP不提供可靠性,它只是把應用程式傳給IP層的資料報發送出去,但是并不能保證它們能到達目的地,由于UDP在傳輸資料報前不用在客戶和服務器之間建立一個連接,且沒有超時重發等機制,故而傳輸速度很快,

	現在Internet上流行的協議是TCP/IP協議,該協議中對低于1024的埠都有確切的定義,他們對應著Internet上一些常見的服務,這些常見的服務可以分為使用TCP埠(面向連接)和使用UDP埠(面向無連接)兩種, 
	說到TCP和UDP,首先要明白“連接”和“無連接”的含義,他們的關系可以用一個形象地比喻來說明,就是打電話和寫信,兩個人如果要通話,首先要建立連接——即打電話時的撥號,等待回應后——即接聽電話后,才能相互傳遞資訊,
最后還要斷開連接——即掛電話,寫信就比較簡單了,填寫好收信人的地址后將信投入郵筒,收信人就可以收到了,從這個分析可以看出,建立連接可以在需要痛心地雙方建立一個傳遞資訊的通道,在發送方發送請求連接資訊接收方回應后,
由于是在接受方回應后才開始傳遞資訊,而且是在一個通道中傳送,因此接受方能比較完整地收到發送方發出的資訊,即資訊傳遞的可靠性比較高,但也正因為需要建立連接,使資源開銷加大(在建立連接前必須等待接受方回應,傳輸資訊
程序中必須確認資訊是否傳到及斷開連接時發出相應的信號等),獨占一個通道,在斷開連接錢不能建立另一個連接,即兩人在通話程序中第三方不能打入電話,而無連接是一開始就發送資訊(嚴格說來,這是沒有開始、結束的),只是一
次性的傳遞,是先不需要接受方的回應,因而在一定程度上也無法保證資訊傳遞的可靠性了,就像寫信一樣,我們只是將信寄出去,卻不能保證收信人一定可以收到, 
	TCP是面向連接的,有比較高的可靠性, 一些要求比較高的服務一般使用這個協議,如FTP、Telnet、SMTP、HTTP、POP3等,
	UDP是面向無連接的,使用這個協議的常見服務有DNS、SNMP、QQ等,對于QQ必須另外說明一下,QQ2003以前是只使用UDP協議的,其服務器使用8000埠,偵聽是否有資訊傳來,客戶端使用4000埠,向外發送資訊(這也就不難
理解在一般的顯IP的QQ版本中顯示好友的IP地址資訊中埠常為4000或其后續埠的原因了),即QQ程式既接受服務又提供服務,在以后的QQ版本中也支持使用TCP協議了,

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