软件开放机构、OSI七层协议、TCP协议和UDP协议

合集 - Python之网络编程(3)

1.并发编程2023-07-052.基于TCP协议的套接字编程（socket编程）、基于UDP协议的套接字编程、黏包现象、struct模块2023-07-05

3.软件开放机构、OSI七层协议、TCP协议和UDP协议2023-07-03

收起

软件开发架构

网络编程：我们要基于网络来编写一款B/S或者是C/S架构的软件，比如：ATM，我们只写写的ATM系统都是单机版本的，没有接入网络的系统，别人时无法访问到的

# 目的：
"""
	以ATM为例，现在我们想把之前写的ATM系统编程基于网络传输的，别人如果想用，就必须把客户端下载到本地电脑上，以登录为例，用户把用户名和密码在客户端输入完成，然后，把用户名和密码传到服务端进行用户名和密码的验证，这就是一款基于网络开发出的软件.
"""

客户端(C)------------------------网络传输----------------------------------->服务端(s)
client																	server

# B/S的由来
客户端和服务端存在的问题：当我们下载大量的软件的时候，会占用用户电脑的大量资源，时间长了之后，电脑就会受影响. 用户想要使用软件就必须下载，而每次下载都是成本很高的

B/S
browser																		server
浏览器-------------------------网络传输---------------------------------------------服务端
"""
	由于之前的客户端都要让用户去下载，所以，后来就有人站出来，开出来了一款浏览器，以后你在开发的软件直接可以在浏览器打开，不用下载任何的客户端，浏览器我们也称之为是万能客户端，超级客户端.
"""

B/S
	浏览器(browser):就类似于用户
    服务端(server):饭店中的工作人员
C/S:
    客户端(client):就类似于用户
    服务端(server):饭店中的工作人员
    """客户端是可以有多个的，服务端一般是只有一个(针对一款软件)"""

# 本质上B/S架构也是C/S架构!
"""目前，我们所使用的软件是二者兼有!!!"""

服务端所要具备的特征：
	1. 24小时不间断对外提供服务
    2. 服务端要有一个公网IP(服务器：理解成是另外一台计算机而已，是需要去买的，阿里云、腾讯云之类的)

OSI七层协议

下面是协议层从底层至顶层的一个模型图：

以及每一层相对应的功能：

1. 什么是网络?
	# 上网的本质其实就是：上传和下载数据的过程
    """
    	最开始的时候，世界上的计算机是不能互相通信的，只是在局域网中通信，后来，随着技术的发展，世界范围的计算机开始通信了，通过网络来通信，这就是我们现在所说的互联网.
    """
    网络的组成部分:物理连接设备(网线、交换机、路由器等) + 计算机通信协议(英语)

物理层：

	它是专门用来发送高低电频的， (01)1010(10101110)101010(1010)
    '''单纯的发送高低电频是没有意义的，需要对电频进行分组，来表示不同的意思'''
    # 物理层是不能做分组的

数据链路层：

数据链路层：专门用来做分组使用的
	该层中的数据称之为是一个数据帧，数据帧有两部分组成：head(报头)+data(真实数据)
    	head部分：# 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：
    		最短46字节
       # 数据报的具体内容：head长度＋data长度＝最短64字节
    
    """该层使用的是以太网协议，以太网协议规定，任何接入互联网的计算机都应该有一个网卡，默认的就叫以太网"""
    Mac地址：每一个网卡都要有一个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
    # Mac地址可以确定局域网中唯一一台计算机

网络层：

	这一层使用的是IP协议，该协议规定接入互联网的计算机都必须要有一个IP地址，该层的数据称之为是数据包. IP地址的分类：IPv4、IPv6
     IP地址：ip地址可以确定世界范围内任意的一个局域网，
     IP地址的组成：
    	# IPv4地址的格式：
        0.0.0.0----------------------------------------->255.255.255.255
00000000.00000000.00000000.00000000------------------->11111111.11111111.11111111.11111111
        如何查看自己电脑的IP地址：
    		Windows系统：ipconfig
        	linux（macOS）: ifconfig

        1. 公网Ip：固定的，不变，需要购买的(服务器), 阿里云、腾讯云、百度云等,172.12.1.101
        2. 内网IP：192.168.1.63，会变的
    
    子网掩码: IP+子网掩码
    """IP地址+MAC地址可以确定世界范围内唯一一台计算机!"""
    # 其实，这里只需要IP地址就可以确定世界范围内的唯一一台计算机，为什么?
    因为：有一个叫arp协议，可以根据IP地址计算出来Mac地址，所以，有了IP地址就相当于有了Mac地址
    
    需要记忆：本地回环地址:127.0.0.1(就是找自己的电脑)

传输层

	该层使用的是TCP协议和UDP协议(暂时忽略)，也称为是端口协议，我们一般使用端口来表示一个个的应用程序
    # 一个端口表示一个正在运行的应用程序.
    端口：0-65535、
    """
    	1. 0-1024之间的端口号一般是系统使用的，我们尽量不要使用，否则有可能会造成端口冲突
    	2. 1025-8000之间的端口号一般是常用软件软件的端口号
        	MySQL的默认端口号：3306
        	Django的默认端口号：8000
       	3. 以后我们自己开发的软件，尽量使用8000之后的
    """
    常用软件的端口号：
    	应用程序	FTP		TFTP	TELNET	SMTP	DNS		HTTP	SSH			MYSQL
		熟知端口	21,20	69		23		25		53		80		22			3306
        
    DNS:域名解析
        baidu.com
        jd.com
        taobao.com
        """域名的本质其实就是IP地址，域名最终还是要解析成对应的IP地址，才能找到IP地址对应的计算机"""
        baidu.com -------------------DNS--------------------------------------->172.1.1.1
        # 我们有一个地方保存了域名和IP地址的对应关系
        baidu.com    127.0.0.1
        jd.com		127.0.0.2
        taobao.com	127.0.0.3
        ...
        
        # 文件的后缀名是给我们看的，文件可以有后缀名也可以没有，Linux中，一切皆文件.
        
        1. 先从你自己电脑的host文件中查找的
        2. 如果hosts文件没有找到对应的关系， 在去对应平台的关系中去找
        3. 域名是需要去购买的，并且是需要备案的

应用层：

	Application
    才是跟我们程序员离的最近的一层
    1. 客户端，想用什么协议就用什么协议，客户端是我们自己开发的
    2. 浏览器，我们就不能随便使用协议了，就要按照浏览器的协议，HTTP协议(先忽略)
    3. HTTP协议
       HTTPS协议
        
       网址：https://www.baidu.com/?tn=49055317_42_hao_pg
        	协议：//域名：端口/v1/v2?参数
            
       """
       		http特征：
       			1. 不安全，因为经过http协议的数据都是明文传输的
       		https协议：
       			2. 安全，经过https协议传输的数据都是密文传输
       			
       			https = http + ssl证书
       			ssl证书：要去机构申请，国际组织，怎么用呢？
       			NGINX服务器，需要在nginx服务器的配置文件中配置一些代码才能使用.
       """    

网络七层协议记忆口诀是什么？

   网络七层协议记忆口诀是：应，表，会，传，网，数，物，七个关键字。
OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型，是一个定义得非常好的协议规范。
OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。大多数的计算机网络都采用层次式结构，即将一个计算机网络分为若干层次，
处在高层次的系统仅是利用较低层次的系统提供的接口和功能，不需了解低层实现该功能所采用的算法和协议；
较低层次也仅是使用从高层系统传送来的参数，这就是层次间的无关性。

TCP协议和UDP协议

什么是TCP？

   TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的、可靠的字节流服务，也就是说，在收发数据前，
必须和对方建立可靠的连接。这一过程和打电话类似：先拨号振铃，等待对方接电话，说喂，再说自己是谁。
在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的传输层。

什么是UDP？

   UDP （User Datagram Protocol，用户数据报协议），是OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联) 参考模型中一种非连接的传输层协议，
提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上，故也不安全。

TCP协议的三次握手和四次挥手

TCP协议也叫可靠协议，流式协议(数据是可以分多次发送的)

三次握手-------------->为了建立链接

1、客户端采用TCP协议将带有SYN标志的数据包发送给服务器，等待服务器的确认。
2、服务器端在收到SYN的数据包后，必须确认SYN，即自己发送的ACK标志，同时，自己也将会向客户端发送一个SYN标志。
3、客户端在接收到服务器短的SYN+ACK包后，自己会向服务器发送ACK包，完成三次握手。那么客户端和服务器正式建立了连接，开始传输数据。

四次挥手--------------->断开连接

1、在整个通信的过程中，谁先发起请求，谁就是客户端。
当客户端的数据传输到尾部时，客户端向服务器发送带有FIN标志的数据包，使其明白自己准备断开通信了。
2、因为TCP的通信是使用全双工通信的WebSocket，所以在断开连接的时候也应该是双向的；当服务器收到带有FIN标志的数据包时，其必不会直接发送FIN标志断开通信的请求，而是先发送一个带有ACK标志的应答信息，使客户端明白服务器还有数据要进行发送。
3、当 服务器的数据发送完成后，向客户端发送带有FIN标志的数据包，通知客户端断开连接。
4、这一次挥手是我觉得四次挥手中设计的最巧妙的一次。
当客户端收到FIN后，担心网络上某些不可控制的因素导致服务器不知道他要断开连接，会发送ACK进行确认，同时把自己设置成TIME_WAIT状态并启动定时器，**在TCP的定时器到达后客户端并没有接收到请求，会重新发送；当服务器收到请求后就断开连接；当客户端等待2MLS（两倍报文最大生存时间）后，没有收到请求重传的请求后，客户端这边就断开连接，**整个TCP通信就结束了。

TCP协议的三次握手为什么可以保证数据安全?是因为建立了双向通道吗?

原因是：TCP协议的反馈机制

面试题：TCP协议的三次握手（建立的双向链接）和四次挥手（断开连接的），四次挥手能不能缩短为三次？

不可以，TCP协议的四次挥手过程是必要的，无法缩短为三次。这是因为在TCP连接的断开过程中，
需要确保双方都能够完成数据的传输和确认，以防止数据丢失或者重复传输的问题。
四次挥手的过程可以确保双方都能够完成数据的传输和确认，从而保证连接的可靠性。
如果将四次挥手缩短为三次，可能会导致数据的丢失或者重复传输的问题。
因此，四次挥手是TCP协议设计的必要步骤，不能缩短为三次。

"""客户端与服务端之间一定是客户端先向服务端发起请求，而不能返回来"""
# 特殊情况：服务端可以主动向客户端发起请求 websocket协议，一般用在即时通信软件中

UDP协议：
	1. 不建立双向连接，也没有三次握手
    2. 速度快