Python全栈_Day3_网络基础
1. 什么是互联网协议以及为何要有互联网协议
互联网协议就是一系列标准，定义了不同终端通过互联网传输数据的的规则
计算机之间的通信跟人与人之间的交流一样，如果没有一门统一的语言，要跟不同地区的人交流就需要同时掌握多门语言，这样累的很，因此为了方便计算机间的交流，制定了统一的通信协议。
2. OSI五层模型
五层模型包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层，用户感知到的是应用层，越往下越靠近硬件
2.1物理层
主要是基于电器特性发送2进制（0和1）电信号
2.2数据链路层
数据链路层对电信号进行分组，使其有了一定的意义
以太网（Ethernet）协议
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（固定18字节）包含：
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（46字节～1500字节）包含：
数据包具体内容
64字节 <= head+data <= 1518字节，数据不足时后面补0，超出则分片发送。
MAC地址
head中包含源地址和目标地址由来：Ethernet规定接入interner的设备必须具有网卡，发送端的网卡地址（MAC地址）及源地址和目标地址
每块网卡出厂时都被烧制上全世界唯一的48位2进制的MAC地址，通常用12位16进制数表示（前6位为厂商编号，后6位为流水线编号）
广播
有了MAC地址，同一网络内的主机就可以通信了（主机间通过ARP协议获取对方MAC地址）
Ethernet通过广播的方式进行通信
2.3 网络层
世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的局域网组成，如果用以太网的广播方式通信，那么一台机器发出包全世界都会收到，这样显然不合适，这就产生了路由的通信方式。
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，广泛采用的版本是IPV4，他规定网络地址由32位2进制数表示
范围：0.0.0.0～255.255.255.255
一个IP地址通常写成4段10进制数，例：172.16.10.1
IP地址分两部分
网络部分：标识子网
主机部分：标识主机
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不能确定二者处于同一子网（缺少子网掩码来区分网络部分和主机部分）
子网掩码
所谓子网掩码就是表示子网络特征的参数，他在形式上等同于IP地址，也是32位二进制数，网络部分全用1表示，主机部分全用0表示。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。
IP地址与子网掩码按位与运算后就得到了IP地址的网络部分（主机部分跟子网掩码的0与后被清0了），这样就能判断两个IP是否在同一子网络
总结：IP协议两个主要作用,为每台计算机分配IP地址，确定哪些地址在同一子网络。
IP数据包
IP数据包也分head和data，无需单独定义栏位，直接放入以太网包的打他部分
| 以太网头 | ip 头 | ip数据 |
head：20～60字节
data：<=65515字节
而Ethernet数据包的data部分最长1500字节，因此IP数据包超过1500字节，就需要分割成几个数据包分开发送
ARP协议
进行以太网通信时需要获取对方的MAC地址，ARP协议的作用就是通过广播方式发送数据包获取目标主机的MAC地址
ARP协议工作方式：
1. 已知双方主机IP地址，通过IP地址和子网掩码区分所处子网
| 场景 | 数据包地址 |
| 同一子网 | 目标主机mac，目标主机ip |
| 不同子网 | 网关mac，目标主机ip |
2.按以下格式发送数据
| 场景 | 源主机 | 源MAC | 目标MAC | 源IP | 目标IP | 数据部分 |
| 同一子网 | 发送端主机 | 发送端MAC | FF：FF：FF：FF：FF：FF | 172.16.10.10/24 | 172.16.10.11/24 | 数据 |
| 不同子网 | 172.16.10.1/24 |
3.这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输，所有主机接收后拆包，发现目标IP是自己的，就返回自己的MAC。
2.4 传输层
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 |
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 |
TCP报文
TCP三次握手和四次挥手
2.5 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”。
2.6 socket
我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。
3. 用户上网流程
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. 用户打开浏览器输入访问域名
3. DNS解析
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。
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
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
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
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，服务器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。
