1、CS架構與BS架構

Client<===========>Server

客戶端軟件send 服務端軟件recv
操作系統 操作系統
計算機硬件<==== 物理介質 =====>計算機硬件

Browser<===========>Server

網端 < ============>服務端

2、網絡通信

網絡存在的意義就是跨地域數據傳輸=》稱之為通信
網絡=物理鏈接介質+互聯網通信協議

3、OSI七層協議

OSI七層協議數據傳輸的封包與解包過程

4、五層協議

我們將應用層，表示層，會話層并作應用層，從tcp／ip五層協議的角度來闡述每層的由來與功能，搞清楚了每層的主要協議

就理解了整個互聯網通信的原理。

首先，用戶感知到的只是最上面一層應用層，自上而下每層都依賴于下一層，所以我們從最下一層開始切入，比較好理解

每層都運行特定的協議，越往上越靠近用戶，越往下越靠近硬件
協議：規定數據的組織格式

計算機1： 計算機2：應用層 應用層 傳輸層 傳輸層 網絡層 網絡層 數據鏈路層 數據鏈路層 物理層 < ======== 交換機 ========> 物理層

數據傳輸的格式：頭部+數據部分

封包裹的過程：數據外加頭
拆包裹的過程：拆掉頭獲取數據

4.1 物理層負責發送電信號

一組物理層數據稱之為：位
物理層功能：主要是基于電器特性發送高低電壓(電信號)，高電壓對應數字1，低電壓對應數字0
單純的電信號毫無意義，必須對其進行分組

4.2 數據鏈路層：ethernet以太網協議

數據鏈路層由來：單純的電信號0和1沒有任何意義，必須規定電信號多少位一組，每組什么意思

數據鏈路層的功能：定義了電信號的分組方式

以太網協議：

早期的時候各個公司都有自己的分組方式，后來形成了統一的標準，即以太網協議ethernet

ethernet規定

一組電信號構成一個數據包，叫做‘幀’
每一數據幀分成：報頭head和數據data兩部分

head data

head包含：(固定18個字節)

發送者／源地址，6個字節
接收者／目標地址，6個字節
數據類型，6個字節

data包含：(最短46字節，最長1500字節)

數據包的具體內容
head長度＋data長度＝最短64字節，最長1518字節，超過最大限制就分片發送

mac地址：

head中包含的源和目標地址由來：ethernet規定接入internet的設備都必須具備網卡，發送端和接收端的地址便是指網卡的地址，即mac地址

mac地址：每塊網卡出廠時都被燒制上一個世界唯一的mac地址，長度為48位2進制，通常由12位16進制數表示（前六位是廠商編號，后六位是流水線號）

廣播：

有了mac地址，同一網絡內的兩臺主機就可以通信了（一臺主機通過arp協議獲取另外一臺主機的mac地址）

ethernet采用最原始的方式，廣播的方式進行通信，即計算機通信基本靠吼

小結：

規定1：一組數據稱之為一個數據幀
規定2：數據幀分成兩部分=》頭+數據
頭包含：源地址與目標地址，該地址是mac地址
數據包含：包含的是網絡層發過來的整體的內容

規定3：規定但凡接入互聯網的主機必須有一塊網卡，每塊網卡在出廠時都燒制好一個全世界獨一無二的地址，該地址稱之為mac地址

注意：計算機通信基本靠吼，即以太網協議的工作方式是廣播

4.3 網絡層：IP協議

網絡層由來：有了ethernet、mac地址、廣播的發送方式，世界上的計算機就可以彼此通信了，問題是世界范圍的互聯網是由

一個個彼此隔離的小的局域網組成的，那么如果所有的通信都采用以太網的廣播方式，那么一臺機器發送的包全世界都會收到，

這就不僅僅是效率低的問題了，這會是一種災難

必須找出一種方法來區分哪些計算機屬于同一廣播域，哪些不是，如果是就采用廣播的方式發送，如果不是，就采用路由的方式（向不同廣播域／子網分發數據包），mac地址是無法區分的，它只跟廠商有關

網絡層功能：引入一套新的地址用來區分不同的廣播域／子網，這套地址即網絡地址

IP協議：

規定網絡地址的協議叫ip協議，它定義的地址稱之為ip地址，廣泛采用的v4版本即ipv4，它規定網絡地址由32位2進制表示
范圍0.0.0.0-255.255.255.255
一個ip地址通常寫成四段十進制數，例：172.16.10.1

ip地址分成兩部分

網絡部分：標識子網
主機部分：標識主機
注意：單純的ip地址段只是標識了ip地址的種類，從網絡部分或主機部分都無法辨識一個ip所處的子網

例：172.16.10.1與172.16.10.2并不能確定二者處于同一子網

子網掩碼

所謂”子網掩碼”，就是表示子網絡特征的一個參數。它在形式上等同于IP地址，也是一個32位二進制數字，它的網絡部分全部為1，主機部分全部為0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知網絡部分是前24位，主機部分是后8位，那么子網絡掩碼就是11111111.11111111.11111111.00000000，寫成十進制就是255.255.255.0。

知道”子網掩碼”，我們就能判斷，任意兩個IP地址是否處在同一個子網絡。方法是將兩個IP地址與子網掩碼分別進行AND運算（兩個數位都為1，運算結果為1，否則為0），然后比較結果是否相同，如果是的話，就表明它們在同一個子網絡中，否則就不是。

比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子網掩碼都是255.255.255.0，請問它們是否在同一個子網絡？兩者與子網掩碼分別進行AND運算，

172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND運算得網絡地址結果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND運算得網絡地址結果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

結果都是172.16.10.0，因此它們在同一個子網絡。

總結一下，IP協議的作用主要有兩個，一個是為每一臺計算機分配IP地址，另一個是確定哪些地址在同一個子網絡。

ip數據包

ip數據包也分為head和data部分，無須為ip包定義單獨的欄位，直接放入以太網包的data部分

head：長度為20到60字節

data：最長為65,515字節。

而以太網數據包的”數據”部分，最長只有1500字節。因此，如果IP數據包超過了1500字節，它就需要分割成幾個以太網數據包，分開發送了。

以太網頭 ip 頭 ip數據

ARP協議

arp協議由來：計算機通信基本靠吼，即廣播的方式，所有上層的包到最后都要封裝上以太網頭，然后通過以太網協議發送，在談及以太網協議時候，我門了解到

通信是基于mac的廣播方式實現，計算機在發包時，獲取自身的mac是容易的，如何獲取目標主機的mac，就需要通過arp協議

arp協議功能：廣播的方式發送數據包，獲取目標主機的mac地址

協議工作方式：每臺主機ip都是已知的

例如：主機172.16.10.10/24訪問172.16.10.11/24

一：首先通過ip地址和子網掩碼區分出自己所處的子網

場景 數據包地址 同一子網 目標主機mac，目標主機ip 不同子網 網關mac，目標主機ip

二：分析172.16.10.10/24與172.16.10.11/24處于同一網絡(如果不是同一網絡，那么下表中目標ip為172.16.10.1,通過arp獲取的是網關的mac)

源mac 目標mac 源ip 目標ip 數據部分 發送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 數據

三：這個包會以廣播的方式在發送端所處的自網內傳輸，所有主機接收后拆開包，發現目標ip為自己的，就響應，返回自己的mac

兩臺計算機在同一個局域網內

計算機1：172.16.10.10/24 直接 計算機2：172.16.10.11/24
ARP：
自己的ip，對方的ip
1、計算二者網絡地址，如果一樣，拿到計算機2的mac地址就可以了
2、發送廣播包
發送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 數據

兩臺計算機不在同一個局域網內

計算機1：172.16.10.10/24 網關 計算機2：101.100.200.11/10
ARP：
自己的ip，對方的ip
1、計算機二者網絡地址，如果不一樣，應該拿到網關的mac地址
2、發送廣播包
發送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.1/24 數據

小結：

ip地址+mac地址=》標識全世界范圍內獨一無二的一臺計算機
或者：ip地址=》標識全世界范圍內獨一無二的一臺計算機

5、傳輸層

傳輸層的由來：網絡層的ip幫我們區分子網，以太網層的mac幫我們找到主機，然后大家使用的都是應用程序，你的電腦上可能同時開啟qq，暴風影音，等多個應用程序，

那么我們通過ip和mac找到了一臺特定的主機，如何標識這臺主機上的應用程序，答案就是端口，端口即應用程序與網卡關聯的編號。

傳輸層功能：建立端口到端口的通信

補充：端口范圍0-65535，0-1023為系統占用端口

tcp協議：

可靠傳輸，TCP數據包沒有長度限制，理論上可以無限長，但是為了保證網絡的效率，通常TCP數據包的長度不會超過IP數據包的長度，以確保單個TCP數據包不必再分割。

以太網頭 ip 頭 tcp頭 數據

udp協議：

不可靠傳輸，”報頭”部分一共只有8個字節，總長度不超過65,535字節，正好放進一個IP數據包。

以太網頭 ip頭 udp頭 數據

tcp報文

tcp三次握手和四次揮手

6、應用層

應用層由來：用戶使用的都是應用程序，均工作于應用層，互聯網是開發的，大家都可以開發自己的應用程序，數據多種多樣，必須規定好數據的組織形式

應用層功能：規定應用程序的數據格式。

例：TCP協議可以為各種各樣的程序傳遞數據，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必須有不同協議規定電子郵件、網頁、FTP數據的格式，這些應用程序協議就構成了”應用層”。

7、socket

我們知道兩個進程如果需要進行通訊最基本的一個前提能能夠唯一的標示一個進程，在本地進程通訊中我們可以使用PID來唯一標示一個進程，但PID只在本地唯一，網絡中的兩個進程PID沖突幾率很大，這時候我們需要另辟它徑了，我們知道IP層的ip地址可以唯一標示主機，而TCP層協議和端口號可以唯一標示主機的一個進程，這樣我們可以利用ip地址＋協議＋端口號唯一標示網絡中的一個進程。

能夠唯一標示網絡中的進程后，它們就可以利用socket進行通信了，什么是socket呢？我們經常把socket翻譯為套接字，socket是在應用層和傳輸層之間的一個抽象層，它把TCP/IP層復雜的操作抽象為幾個簡單的接口供應用層調用已實現進程在網絡中通信。

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲學的思想下，socket是一種"打開—讀/寫—關閉"模式的實現，服務器和客戶端各自維護一個"文件"，在建立連接打開后，可以向自己文件寫入內容供對方讀取或者讀取對方內容，通訊結束時關閉文件。

7.1、基于tcp協議的簡單套接字通信

服務端

# 服務端應該滿足的特點： # 1、一直提供服務 # 2、并發地提供服務 import socket# 1、買手機 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 流式協議=》tcp協議# 2、綁定手機卡 phone.bind(('127.0.0.1',8080)) # 0-65535, 1024以前的都被系統保留使用# 3、開機 phone.listen(5) # 5指的是半連接池的大小 print('服務端啟動完成，監聽地址為:%s:%s' %('127.0.0.1',8080))# 4、等待電話連接請求：拿到電話連接conn # 加上鏈接循環 while True:conn,client_addr=phone.accept()# 5、通信：收\發消息while True:try:data=conn.recv(1024) # 最大接收的數據量為1024Bytes，收到的是bytes類型if len(data) == 0:# 在unix系統洗，一旦data收到的是空# 意味著是一種異常的行為：客戶度非法斷開了鏈接breakprint("客戶端發來的消息：",data.decode('utf-8'))conn.send(data.upper())except Exception:# 針對windows系統break# 6、關閉電話連接conn（必選的回收資源的操作)conn.close()# 7、關機（可選操作） phone.close()

客戶端

import socket#1、買手機 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 流式協議=》tcp協議#2、撥通服務端電話 phone.connect(('127.0.0.1',8080))#3、通信 while True:msg=input("輸入要發送的消息>>>: ").strip() #msg=''if len(msg) == 0:continuephone.send(msg.encode('utf-8'))print('======?')data=phone.recv(1024)print(data.decode('utf-8'))#4、關閉連接(必選的回收資源的操作) phone.close()

7.2、基于udp協議的套接字通信

服務端

import socketserver=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 數據報協議=》udp協議server.bind(('127.0.0.1',8081))while True:data,client_addr=server.recvfrom(1024)server.sendto(data.upper(),client_addr)server.close()

客戶端

import socketclient=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 流式協議=》tcp協議while True:msg=input('>>>: ').strip()client.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8081))res=client.recvfrom(1024)print(res)client.close()

8、解決tcp協議粘包問題

服務端

# 服務端應該滿足兩個特點： # 1、一直對外提供服務 # 2、并發地服務多個客戶端 import subprocess import struct import json from socket import *server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加 server.bind(('127.0.0.1',8083)) server.listen(5)# 服務端應該做兩件事 # 第一件事：循環地從板連接池中取出鏈接請求與其建立雙向鏈接，拿到鏈接對象 while True:conn,client_addr=server.accept()# 第二件事：拿到鏈接對象，與其進行通信循環while True:try:cmd=conn.recv(1024)if len(cmd) == 0:breakobj=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)stdout_res=obj.stdout.read()stderr_res=obj.stderr.read()total_size=len(stdout_res)+len(stderr_res)# 1、制作頭header_dic={"filename":"a.txt","total_size":total_size,"md5":"123123xi12ix12"}json_str = json.dumps(header_dic)json_str_bytes = json_str.encode('utf-8')# 2、先把頭的長度發過去x=struct.pack('i',len(json_str_bytes))conn.send(x)# 3、發頭信息conn.send(json_str_bytes)# 4、再發真實的數據conn.send(stdout_res)conn.send(stderr_res)except Exception:breakconn.close()

客戶端

import struct import json from socket import *client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) client.connect(('59.110.234.83',8080))while True:cmd=input('請輸入命令>>：').strip()if len(cmd) == 0:continueclient.send(cmd.encode('utf-8'))# 接收端# 1、先手4個字節，從中提取接下來要收的頭的長度x=client.recv(4)header_len=struct.unpack('i',x)[0]# 2、接收頭，并解析json_str_bytes=client.recv(header_len)json_str=json_str_bytes.decode('utf-8')header_dic=json.loads(json_str)print(header_dic)total_size=header_dic["total_size"]# 3、接收真實的數據recv_size = 0while recv_size < total_size:recv_data=client.recv(1024)recv_size+=len(recv_data)print(recv_data.decode('utf-8'),end='')else:print()# 粘包問題出現的原因 # 1、tcp是流式協議，數據像水流一樣粘在一起，沒有任何邊界區分 # 2、收數據沒收干凈，有殘留，就會下一次結果混淆在一起# 解決的核心法門就是：每次都收干凈，不要任何殘留

9、sockserver的基本使用

該模塊可以實現并發，多客戶端訪問服務端

9.1、基于tcp協議的使用

服務端

import socketserverclass MyRequestHandle(socketserver.BaseRequestHandler):def handle(self):# 如果tcp協議，self.request=>connprint(self.client_address)while True:try:msg = self.request.recv(1024)print(msg.decode('utf-8'))if len(msg) == 0: breakself.request.send(msg.upper())except Exception:breakself.request.close()# 服務端應該做兩件事 # 第一件事：循環地從半連接池中取出鏈接請求與其建立雙向鏈接，拿到鏈接對象 s=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8889),MyRequestHandle) s.serve_forever() # 等同于 # while True: # conn,client_addr=server.accept() # 啟動一個線程(conn,client_addr)# 第二件事：拿到鏈接對象，與其進行通信循環===>handle

客戶端

from socket import *client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) client.connect(('127.0.0.1',8889))while True:msg=input('請輸入命令>>：').strip()if len(msg) == 0:continueclient.send(msg.encode('utf-8'))res=client.recv(1024)print(res.decode('utf-8'))

9.2、基于udp協議的使用

服務端

import socketserverclass MyRequestHanlde(socketserver.BaseRequestHandler):def handle(self):client_data=self.request[0]server=self.request[1]client_address=self.client_addressprint('客戶端發來的數據%s' %client_data)server.sendto(client_data.upper(),client_address)s=socketserver.ThreadingUDPServer(("127.0.0.1",8888),MyRequestHanlde) s.serve_forever() # 相當于:只負責循環地收 # while True: # data,client_addr=server.recvfrom(1024) # 啟動一個線程處理后續的事情(data,client_addr)

客戶端

import socketclient=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 流式協議=》tcp協議while True:msg=input('>>>: ').strip()client.sendto(msg.encode('utf-8'),('115.29.65.16',8888))res=client.recvfrom(1024)print(res)client.close()

總結

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