【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.8bit0.0.0.0
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
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