python之路28 网络编程基础之OSI七层协议模型

OSI七层协议

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七层模型，亦称OSI（Open System Interconnection）。参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，一般称为OSI参考模型或七层模型。
它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。
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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

每层运行常见物理设备

OSI七层协议数据传输的封包与解包过程

物理层（Physical Layer）

主要用于确保计算机之间的物理连接介质 接收数据(bytes类型、二进制)

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

传输介质（有线、无线）

有线：同轴电缆、双绞线、光纤
    同轴电缆:分为细缆和粗缆
     细缆：传输速度10Mbps，传输距离185m
     粗缆：传输速度10Mbps，传输距离500m
    双绞线(RJ-45)：
        分为屏蔽（STP)和非屏蔽(UTP)—8根铜丝分4组，两两相绞（减小干扰）—传输距离100米
        568A线序:白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕
        568B线序:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕 （是568A的3612线序,常用水晶头的线序）
      平行线:又称为直通线，线序相同。不同层设备使用平行线。
      交叉线:线序不同。同层设备使用交义线。
      全反线:又称为console线，配置线，线序相反，用于用户控制网络设备。
    光纤
      分为单模和多模，通过光导纤维(玻璃)传输光信号
     发送光信号需要由电信号转为光信号：
        电信号—>光信号：发光二极管(多模) 或 注入式激光二极管(单模)
        光信号—>电信号: 发电二极管

无线:  红外线、微波、蓝牙、无线电、wimax
    无线电：标准IEEE 802.11
    蓝牙：标准IEEE 802.15
    wimax：标准IEEE 802.16
    全球移动通信系统（GSM）
路由器：三层设备，识别IP地址。
    具有隔离广播域的功能，一个接口就是一个广播域，不同的接口在不同的网段(广播域)
交换机(网桥)：二层设备，使用MAC地址，所有的接口默认在同一个广播域，一个接口是一一个冲突域。
集线器(hub)：放大器 放大信号，属于1层设备，识别bit流，hub 上所有的接口都在同一个冲突域中。

数据链路层（Datalink Layer）

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
数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

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

ethernet规定

• 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

报头	数据
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

mac地址(物理地址)
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）
该数字也称为:以太网地址/MAC地址

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

网络层（Network Layer）

网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

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永远无法修改
	IP地址是动态分配的 不同的场所IP是不同的
	编址协议: IP(IPV4/IPV6)、IPX、apple talk、novell、NSAP
IPV4（32位二进制）编址方式：点分十进制法（0、1组成）

IPV6（128位二进制）编址方式：冒分十六进制法  地址比较多:能够给地球上每一粒沙分一个IP地址
完整IP地址：IP地址+子网掩码
IP地址：网络位+主机位(IPV4)
地址分类(A、B、C、D、E)：
    A类地址：第一位固定为0
        0XXX XXXX---0-127（1-126），子网掩码默认为255.0.0.0
    B类地址：第一位固定为10
        10XX XXXX---128-191，子网掩码默认为255.255.0.0
    C类地址：第一位固定为110
        110X XXXX---192-223，子网掩码默认为255.255.255.0
    D类地址：第一位固定为1110
        1110 XXXX---224-239，子网掩码默认为255.255.255.255
    E类地址：第一位固定为1111
        1111 XXXX---240-255，科研地址
    特殊地址：
        1、0.X.X.X 无效地址（保留地址），0.0.0.0无效地址，用于占位
        2、127.0.0.1 回路地址，用于本地测试
        3、网络号,主机位全为0，用于描述一个网段
        4、255.255.255.255为受限广播地址 
        5、主机位全为1，定向广播地址
        6、本地链路地址：link-local (169.254.0.0  255.255.00)

公有地址：具有全球唯一性标识地址
私有地址：不具唯一标识地址
    10.0.0.0  255.255.0.0
    172.[16,31].0.0 255.255.0.0
    192.168.X(0,255).0 255.255.0.0
ARP协议:
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，我门了解到

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

cmd 界面输入ipconfig/all获取本地硬件地址

传输层（Transport Layer）

传输层提供会话层和网络层之间的传输服务，这种服务从会话层获得数据，并在必要时，对数据进行分割。然后，传输层将数据传递到网络层，并确保数据能正确无误地传送到网络层。

传输层的功能是它提供了端口号码的概念(port)
作用： 1.区分流量   2.定义数据传输方式 （可靠传输TCP、不可靠传输UDP）
PORT协议(端口协议)
	用来标识一台计算机上面的某一个应用程序
	范围:0-65535
 	特征:动态分配

       0-1024   系统默认需要使用
       1024-8000   常见软件的端口号  
       8000之后的   
常见端口号（<256）：
	21端口号：FTP 文件传输服务
	22端口号：SSH 远程登录（安全性较高 加密认证）- TCP
	23端口：Telnet 远程登录服务  TCP
	25端口：SMTP 简单邮件传输服务
	53端口：DNS 域名解析服务  TCP和UDP
	80端口：HTTP 超文本传输协议  TCP
	110端口：POP3 “邮局协议版本”使用的端口
	443端口：HTTPS 加密的超文本传输协议  TCP
	520端口：RIP   UDP

TCP（transmission control protocol –传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据）
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 而是因为有反馈机制
       给对方发消息之后会保留一个副本 直到对方回应消息收到了才会删除
    否则会在一定的时间内反复发送
    2.洪水攻击
      同一时间有大量的客户端请求建立连接 会导致服务端一致处于SYN_RCVD状态
    3.服务端如何区分客户端建立链接的请求
      可以对请求做唯一标识
四次挥手断链接
    1.四次不能合并为三次
        因为中间需要确认消息是否发完(TIME_WAIT)
UDP（user datagram protocol–用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
    也称之为数据报协议、不可靠协议
    早期的QQ使用的是纯生的(没有加任何额外功能)UDP协议
    现在的QQ自己添加了很多技术和功能
    使用UDP的原因是因为很简单、快捷、粗暴、只要指定对方的地址就可以发消息了
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URL:统一资源定位符(网址)
    网址本质是有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

域名解析:将网址解析成IP+PORT
IP:PORT  实际使用冒号连接
    114.55.205.139:80
"""

七层模型所用到的协议：

tcp报文

tcp三次握手建链接和四次挥手断链接

会话层（Session Layer）

计算机收到了发送的数据，但是有那么多进程，具体哪个进程需要用到这个数据，则把他输送到那个进程。例如：如果80端口要用，所以系统内数据通信，将接收端口数据送至需求端口。

作用：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路

建立、管理、终止会话。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
对应主机进程，指本地主机与远程主机正在进行的会话

表示层（Presentation Layer）

现在正确接收到了需要的数据，但是因为数据在传输过程中可能基于安全性，或者是算法上的压缩，还有就是网络类型不同。那就得有一个沟通的桥梁来整理整理，还原出原本应该有的表示，类似于一个拆快递的过程。
作用：数据的表示、安全、压缩。（在五层模型里面已经合并到了应用层）

也负责数据加密。其提供了四种常见的加密方式。
（1）对称加密： 加密方与解密方使用相同的密钥
（2）非对称加密：一把私钥、N种公钥
（3）HASH 256加密
（4）光密

应用层（Application Layer）

是其他层对用户的已经封装好的接口，提供多种服务，用户只需操作应用层就可以得到服务内容，这样封装可以让更多的人能使用它

应用层功能：规定应用程序的数据格式。
应用层是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务。
主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）

主要负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序 ，应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。