Python 网络通信协议(互联网协议)

一. 操作系统基础
操作系统(Operatin 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.
计算机组成: 硬件-->操作系统(OS)-->应用软件

二. 网络通信原理(参考文档)

2.1 互联网的本质就是一系列网络协议
(1)概述
当我们使用电脑,在浏览器上输出网址,对目标网站进行访问时,电脑将输入的网址变成了电信号发送出去,从而让目标网站的服务器接收到我们的请求,最后再应答我们的请求.事实上,在这个通信过程中,双方发送的信息都是具有固定格式的,这种让所有电脑都能识别的信息格式,就像英语成为世界所有人通信标准一样,如果把计算机看成是分布于世界各地的人,那么连接连接两台计算机之间的Internet实际上就是一系列统一的标准,这些标准被称之为互联网协议.因此,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)".

(2)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.

(3)网络通信流程(以访问"京东"为例)

流程描述:

第一步:
用户打开浏览器,在地址栏输入网址(域名):www.jd.com,请求访问该网站

第二步: 电脑将请求信息发送给交换机,交换机把信息发送给路由器,路由器把信息发送给DNS服务器,DNS服务器通过DNS协议把域名转换成IP地址,然后把IP地址返还给路由器

第三步: 在查到了京东服务器的IP地址以后,路由器通过路由协议计算出一个路由转发的最优路径,将请求信息还送给这个IP地址对应的京东路由器

第四步:
京东路由器把请求信息发送给京东网站的服务器上

第五步:
京东网站服务器按照来的时候的路径,再返回给用户自己的应答信息

2.2 osi七层协议(参考文档)
互联网协议按照功能不同分为osi七层, tcp/ip五层, 或tcp/ip四层.

(1)osi七层: 应用层 <--> 表示层 <--> 会话层 <--> 传输层 <--> 网络层 <--> 数据链路层 <--> 物理层

(2)tcp/ip五层: 应用层 <--> 传输层 <--> 网络层 <--> 数据链路层 <--> 物理层

(3)tcp/ip四层: 应用层 <--> 传输层 <--> 网络层 <--> 物理层

2.3 tcp/ip五层模型讲解
应用层 <--> 传输层 <--> 网络层 <--> 数据链路层 <--> 物理层
用户感知到的只是最上面一层应用层,自上而下每层都依赖于下一层,所以我们从最下一层开始切入,比较好理解每层都运行特定的协议,越往上越靠近用户,越往下越靠近硬件.

2.3.1物理层
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.

2.3.2数据链路层
数据链路层功能: 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).

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,它相当于电脑的上网身份证.

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协议获取另一台主机的mac地址).Ethernet(以太网)采用最原始的方式,以广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠"吼".

2.3.3网络层
网络层由来：有了ethernet,mac地址,广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了,问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的,如果所有的通信都采用以太网的广播方式,那么一台机器发送的报全世界都会收到,如此一来不仅仅会造成效率低下,更严重的是会造成网络拥堵.因此必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是.如果是就采用广播的方式发送,如果不是就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),然而mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关.

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v4版本即ipv4.一个IP地址通常写成四段点分十进制数.

子网掩码: 子网掩码是表示子网络特征的一个参数,通过子网掩码可以判断任意两个IP地址是否处在同一个子网络.

IP协议的作用: 为每一台计算机分配IP地址,确定哪些地址在同一个子网络.

2.3.4传输层
传输层功能：建立端口到端口的通信(端对端通信)
补充：端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口

tcp协议:

(1)TCP把连接作为最基本的对象，每一条TCP连接都有两个端点，这种端点我们叫作套接字（socket），它的定义为端口号拼接到IP地址即构成了套接字，例如，若IP地址为192.3.4.16 而端口号为80，那么得到的套接字为192.3.4.16:80。

(2)当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex，双方都可以收发消息) 的通信。这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止。

(3)TCP是可靠传输，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。

(4)TCP与UDP区别
tcp协议:面向连接,消息可靠,相对udp来讲,传输速度慢,消息是面向流的,无消息保护边界(0).
udp协议:面向无连接,消息不可靠,传输速度快,消息是面向包的,有消息保护边界.

(5)tcp三次握手和四次挥手(更多底层的描述请点这里)
三次握手:
第一次: Client询问Server
第二次: Server应答Client, Server询问Client
第三次: Client应答Server
四次挥手:
第一次: Client发送断开请求,进入终止等待1状态.
第二次: Server收到断开请求并发送确认请求,进入关闭等待状态.Client收到确认请求,进入终止等待2状态.
第三次: Server发送断开请求,进入最后确认状态.
第四次: Client收到断开请求并发送确认请求,进入时间等待状态.Server收到确认请求,进入关闭状态,结束本次TCP连接.

2.3.5应用层
应用层功能：规定应用程序的数据格式
TCP/IP协议传输示例:
应用程序:                             用户数据
应用层:                                应用数据(包括用户数据)
传输层:                                应用数据(包括用户数据) + TCP/UDP协议(拿端口)
网络层:                                应用数据(包括用户数据) + TCP/UDP协议(拿端口) + IP协议(拿IP地址)
链路层:     以太网首部(帧头) + 应用数据(包括用户数据) + TCP/UDP协议(拿端口) + IP协议(拿IP地址) + MAC地址 + 以太网尾部(帧尾)