网络编程与OSI模型
一、网络编程简介
1.什么是网络编程
基于网络编程代码，能够实现数据的远程交互
2.学习网络编程的目的
能够开发cs架构的软件
3.网络编程的发展史
网络编程起源于美国军事，主要是想实现远程数据传输
而要想实现远程通信，第一个需要具备的条件就是：物理连接介质
4.网络编程必备条件
（1）数据的远程交互
1）早期的电话 --> 依赖于电话线
2）早期的电脑 --> 网线
3）笔记本电脑、移动电话 --> 网卡
综上，可以发现实现数据的远程交互必备的基础条件是物理连接介质
二、OSI七层协议模型简介
0.操作系统基础
操作系统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
计算机（硬件）--> os --> 应用软件
1.osi七层协议模型
Orders Sources Identification Technology
（1） osi七层协议规定的内容概括：
1）所有的计算机在远程数据交互的时候必须经过相同的处理流程
2）计算机在制造过程中必须拥有相同的功能硬件
（2）osi七层协议模型：应、表、会、传、网、数、物
这个模型把网络通信的工作分为7层，分别物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。
1至4层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。
5至7层是高层，包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层
常见的是整合之后的tco/ip五层或者tco/ip四层：
（3）接收网络消息，数据由下往上传递；发送网络消息，数据由上往下传递
2.osi七层协议之物理层
第1层是物理层（也即[OSI模型]中的第一层也是最底层），物理层实际上就是布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。
物理连接层：主要用于确保计算机之间的物理连接介质 -->接收的数据都是二进制格式（在python中为bytes类型、二进制）
3.osi七层协议之数据链路层
第2层是数据链路层，作用是将数据帧转换成而二进制位供1层处理。最重要的是我们应该理解网桥是什么，交换机可以看作是网桥，网桥仅关注以太网上的MAC地址。
数据链路层：
1）规定了电信号的分组方式
2）以太网协议 ：规定了计算机在出厂的时候都必须有一块网卡，网卡上有一串数字；该数字相当于上计算机的身份证号码是独一无二的；该数据的特征（以太网地址/MAC地址）是12位16进制数据（前六位产商编号，后六位流水线号码）
4.osi七层协议之网络层
第3层是网络层，网络层的作用就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送，网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息-->源站点和目的站点地址的网络地址。有关路由的一切事情都在第3层处理。地址解析和路由是3层的重要目的。
（1）IP协议：规定了所有接入互联网的计算机都必须有一个IP地址，类似于身份证号
MAC地址是物理地址，可以看成是永远无法修改的
IP地址是动态分配的，不同的局域网内IP地址是不同的
IP地址特征：可以跨局域网传输，可以用来标识接入互联网的计算机
IPV4：点分十进制
0.0.0.0 - 255.255.255.255
总共42个IP地址
IPV6：点分十六进制
（2）ARP协议：即地址解析协议，是根据IP地址获取MAC地址的一个网络层协议。其工作原理如下：ARP首先会发起一个请求数据包，数据包的首部包含了目标主机的IP地址，然后这个数据包会在链路层进行再次包装，生成以太网数据包，最终由以太网广播给子网内的所有主机，每一台主机都会接收到这个数据包，并取出包头里的IP地址，然后和自己的IP地址进行比较，如果相同就返回自己的MAC地址，如果不同就丢弃该数据包。ARP接收返回消息，以此确定目标机的MAC地址；与此同时，ARP还会将返回的MAC地址与对应的IP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。
（3）路由协议：如果不在同一个子网，以太网会将该数据包转发给本子网的网关进行路由。如果不在同一个子网，以太网会将该数据包转发给本子网的网关进行路由。网关是互联网上子网与子网之间的桥梁，所以网关会进行多次转发，最终将该数据包转发到目标IP所在的子网中，然后再通过ARP获取目标机MAC，最终也是通过广播形式将数据包发送给接收方。而完成这个路由协议的物理设备就是路由器，路由器扮演着交通枢纽的角色，它会根据信道情况，选择并设定路由，以最佳路径来转发数据包。
5.osi七层协议之传输层
第4层是处理信息的传输层，第4层的数据单元也称作数据包（packets，第4层提供端对端的通信管理。
（1）PORT协议（端口协议）：
给应用程序分配端口号，通过端口号来标识一台计算机上面的某一个应用程序
端口号的范围：0-65535
端口号的特征：动态分配
端口号建议：
端口号：0-1023 系统默认需要使用
端口号：1024-8000 常见软件的端口号
（2）URL：统一资源定位符
uniform resource locator
网址：本质是由IP和PORT组成的
IP+PORT：能够定位全世界独一无二的一台计算机上面的某一个应用程序
（3）域名解析：将网址解析成IP+PORT
IP:PORT ip地址:端口
180.101.49.13:80 --> 百度的IP地址:百度的PORT端口
（4）TCP与UDP协议
TCP与UDP协议规定通信方式（数据交互的方式），彼此之间通信要有通信的通道，双方都必须能和对方发消息
1）TCP协议：三次握手建链接，四次挥手断链接
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。
三次握手建链接：
1. TCP协议也称为可靠协议，数据不容易丢失，造成数据不容易丢失的原因不是因为有双向通道，根本原因是因为有反馈机制。
2.反馈机制：TCP协议，在发送消息的过程中，会将消息复制一份副本，直到对方回应消息收到后反馈才会删除副本，否则会在一定时间内反复发送(反馈机制有时间限制，超过这个时间限制也会删除副本)。
3.洪水攻击：同一时间有大量的客户端请求建立链接，会导致服务端一直处于SYNZ_RCVD状态（避免洪水攻击，可以在服务端前建立缓冲池，分流用户请求）
4.服务端如何区分建立链接的请求：seq = x 表示不同的客户端请求的标识，区分不同的客户端请求
步骤三和步骤四可以合并成一步，一起发送消息，即允许又请求
四次挥手断链接：
1.步骤2和步骤3不能合并为一步，因为中间需要确认消息是否发完（时间等待期TIME_WAIT）
步骤2和步骤3是
listen：监听态 SYN_RCVD：洪水攻击后的状态
TIME_WAIT：时间等待，确认消息是否发完
Seq 表示：序列号Sequence Number - SN
ACK表示：确认序列号Acknowledgment Number字段有意义
PSH表示：Push功能，RST表示复位TCP连接
SYN表示SYN报文（在建立TCP连接的时候使用）
FIN表示没有数据需要发送了（在关闭TCP连接的时候使用）
2）UDP协议：
不可靠协议，也称为数据报协议
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。
早期的QQ使用的是纯生的UDP协议，现在的QQ自己添加了很多技术和功能
相对TCP更加简单、便捷，没有三次握手四次挥手洪水攻击等等
6.osi七层协议之应用层
应用层相当于是程序员自己写的应用程序，里面的协议非常多，常见的有HTTP、HTTPS、FTP等等等等
三、网络相关专业名词
计算机之间想要实现数据集交互必须要‘连接’到一起
1.交换机
能够将计算机互连在一起
2.广播
首次查找接入同一个交换机的其他计算机，需要进行广播
3.单播
首次被查找的计算机回应查找它的计算机，叫做单播
4.广播风暴
接入同一台交换机的多台计算机同时进行广播
5.局域网
单个交换机组成的网络，可以看作是一个局域网；同一个局域网中的计算机，可以基于MAC地址作数据交互（不是一个局域网无法直接通过MAC地址访问）
6.广域网
可以简单的理解为范围更大的局域网
7.互联网
由所有的局域网、广域网连接到一起形成的网络
互联网 <-- 广域网 <-- 局域网
8.路由器
不同的局域网之间是无法直接实现数据交互的，需要路由器连接并分配ip地址 （路由器可以实现不同局域网之间的数据交互）
路由器：常见路由器、基站（4G 5G网络）
9.网关Gateway
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。
网关在网络层以上实现网络互连，是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
网关是一个翻译器，网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同层--应用层
