Python網路編程（OSI模型、網路通訊協定、TCP）

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前言：

什麼是網路？

網路是由節點和連線構成，表示諸多個物件及其相互聯絡。

在數學上，網路是一種圖，一般認為專指加權圖。

網路除了數學定義外，還有具體的物理含義，即網路是從某種相同類 型的實際問題中抽象出來的模型

在電腦領域中，網路是資訊傳輸、接收、共用的虛擬平台，通過它把各個點、面、體的資訊聯絡到一起，從而實現這些資源的共用。

網路是人類發展史來最重要的發明，提高了科技和人類社會的發展。

在1999年之前，人們一般認為網路的結構都是隨機的。但隨著Barabasi和Watts在1999年分別發現了網路的無標度和小世界特性並分別在世界著名的《科學》和《自然》           雜誌上 發表了他們的發現之後，人們才認識到網路的複雜性。

網路會藉助文字閱讀、圖片查看、影音播放、下載傳輸、遊戲、聊天等軟體工具從文字、圖片、聲音、視頻等方面給人們帶來極其豐富的生活和美好的享受。

     網路目的：      網路傳輸的目的是什嗎？

•          沒錯就是：資料轉送

 

  由於網路的複雜性以及各種應用硬體等等不匹配原因   和編碼是一個道理你有你的我有我的會導致衝突等問題  所以出現了 ：ISO（國際標準組織）   ISO是幹嘛的呢？

•      他是一個非盈利性國際組織 這個組織制定了一個用於電腦或通訊系統間的互連網標準體系
•      叫OSI模型  不僅包括一系列抽象的術語或概念，也包括具體的協議
•      OSI公有七層 ：

 

1.     應用程式層： 提供使用者服務，具體的內容由特定的程式規定
2.     展示層： 提供資料的加密和壓縮最佳化
3.     會話層： 確定建立應用連結，選擇傳輸服務
4.     傳輸層： 提供Data Transmission Service，進行流量控制
5.     網路層： 路由選著，網路互聯
6.     鏈路層： 提供鏈路交換，具體訊息的發送
7.     物理層： 物理硬體，介面，網卡的規定

或  四層模型：

1.     應用程式層 ：  應用程式層   展示層  會話層
2.     傳輸層 ：  傳輸層
3.     網路層 ：  網路層
4.     物理鏈路層： 鏈路層和物理層

或  五層模型（tcp/ip模型）：

1.     應用程式層 ： 應用程式層   展示層  會話層
2.     傳輸層 ： 傳輸層
3.     網路層 ： 網路層
4.     鏈路層 ： 鏈路層
5.     物理層 ： 物理層

    OSI模型優點：

•              將功能分開 降低網路中的耦合度，
•              使用開發流程更加清晰，每部分各司其職

  高內聚低耦合：

1.   高內聚：每個模組功能盡量單一，不會多個功能摻雜
2.   低耦合：盡量降低每個模組之間的關聯性

     網路通訊協定：

•           在網路通訊中協議必須遵守的規定，
•           如建立什麼串連，訊息結構如何解析等

• 應用程式層：TFTP（檔案傳輸）、HTTP(超文字傳輸通訊協定 (HTTP))、DNS（網域名稱解析）、SMTP（郵件傳輸）
• 傳輸層：TCP、UDP
• 網路層：IP
• 物理層：IEEE

 iPython3：socket模組  網路相關概念：    網路主機：在網路上確定一台主機

1.         本地使用：127.0.0.1 或 “localhost”
2.         網路地址：“0.0.0.0” 或 “172.168.40.53”

•     ifconfig：查看本機IP （ens33：本地IP  lo：本地回還）
•     ipconfig：windoes中
•     socket.gethostname() ：                      擷取本機主機名稱
•     socket.gethostbyname(‘tedu‘) ：        利用主機名稱擷取ip
•     socket.gethostbyname(‘localhost‘)：   擷取本地ip

 常用IP地址:

1. IPv4： 點分十進位   例如：192.168.1.3   取值0~255（32位）
2. IPv6： 128位

  網路連接測試     ping 172.18.32.47  特殊ip

1.     127.0.0.1            本地IP測試
2.     0.0.0.0                自動使用本地可用網卡IP
3.     192.168.1.0        代表網段
4.     192.168.1.1        通常為網關地址
5.     192.168.1.255    廣播位址

   訪問主機IP地址：    socket.gethostbyaddr(‘127.0.0.1‘)    (‘ localhost‘,  [], [‘ 127.0.0.1‘])          主機      別名       ip地址   IP十六進位轉換：

•     socket.inet_aton(‘192.168.1.2‘)
•     b‘\xc0\xa8\x01\x02‘
•     socket.inet_ntoa(b‘\xc0\xa8\x01\02‘)
•      ‘192.168.1.2‘

  網域名稱：

•     是指網路伺服器地址在網路上的名稱

連接埠號碼：

• 連接埠號碼是地址的一部分，在一個系統中每個網路（區分應用ip）
• 應用監聽不同的連接埠，以擷取對應的連接埠傳遞資訊
• 取值範圍：1---------65535
•                  1---------255   一些通用連接埠（眾所周知的程式佔用）
•                  256------1023  系統連接埠
•                 1024-----65535 自用連接埠

  擷取應用程式的連接埠：

1.     socket.getservbyname(‘ssh‘)
2.     22

1.     socket.getservbyname(‘mysql‘)
2.     3306

   傳輸層服務：    連線導向的傳輸服務（tcp協議）：

•         傳輸特徵：
•                可靠的資料轉送：
•                       可靠性：無失序、無差錯、無重複、無丟失
•                       在資料轉送前和傳輸後需要建立串連和取消連結
•        面向傳輸服務建立串連的過程：‘三向交握’

1. 用戶端向伺服器發送連結請求
2. 伺服器接受到請求進行確認，返回確認報文
3. 用戶端收到伺服器回複最終確認連結

•           面向傳輸服務取消連結的過程：‘四次揮手’

1. 主動方發送報文，告知被動方要取消連結
2. 被動方回複報文，表示已經接受到請求，準備斷開
3. 被動方再次發送報文，表示準備處理就緒，可以斷開
4. 主動方發送確認報文，取消連結

•         應用情況：
•     適用於傳輸較大的內容或檔案，網路良好，
•     需要保證傳輸可靠性的情況
•     e.g.  資訊聊天，檔案上傳下載，郵件，網頁擷取

 面向不需連線的傳輸服務（udp協議）：

1. 不保證傳輸的可靠性
2. 沒有建立串連和斷開的過程
3. 資料的收發比較自由

• 適用情況： 
•     網路情況較差，對可靠性要求不高，收發訊息的兩端
•     e.g.：網路視頻，群聊，廣播等

     socket 通訊端編程：     目的：

• 通過程式設計語言提供的通訊端編程介面
•           可以更簡單的完成基於tcp/udp的編程

     通訊端：

• 是完成上述目標的一種編程手段

    通訊端類別：      1.流式通訊端（ SOCK_STREAM）：

•          傳輸層基於通訊端的協議通訊
•          連線導向可靠的傳輸  tcp的傳輸   流式通訊端

      2.資料通訊端（ SOCK_DGRAM）：

•          面向無串連不可靠的傳輸 udp的傳輸  資料通訊端

      3.低層通訊端（SOCK_RAM）：

• 訪問底層協議通訊端

  TCP服務端：    import socket    1.建立通訊端（函數）：       socket.socket（sock_family = AF_INET,              sock_type = SOCK_STREAM,      proto = 0）       功能：

• 建立通訊端

       參數：

•  sock_family地址族類型   AF_INET：IPV4網路通訊
•  sock_tpye：通訊端類型   SICK_STREAM ：流式   SOCK_DGRAM：資料報
•  proto：通常為0  選定子協議類型
•  傳回值：返回一個通訊端對象

   2.綁定地址(函數)：       sockfd.bind（addr）         功能：

• 綁定地址

         參數：

• addr--->元組  (ip, port) ("0.0.0.0", 8888)

   3.設定監聽通訊端：       sockfd.listen(n)         功能：

• 將通訊端設定為監聽通訊端，建立監聽隊列

參數：

• 監聽隊列大小
• 一個監聽通訊端可以串連多個用戶端

   4.等待接受用戶端連結：       connfd，addr = sockfd.accept（）   阻塞狀態       功能：

• 阻塞等待並處理用戶端連結

       傳回值：

1.            connfd：新的通訊端，用於和用戶端通訊
2.            addr：連結用戶端的地址（ip， port）

       阻塞函數：

•     當程式運行到阻塞函數位置，如果某種條件
•     沒有達成則暫停程式運行，直到條件達成結束阻塞

-    5.訊息的收發：      data =  connfd.recv（ buffersize）         功能：

• 接受訊息

         參數：

•        一次接受訊息的大小 位元組
•         傳回值：返回接受的內容

       n = connfd.send（data）         功能：

• 發送訊息

         參數：

• 要發送的內容（bytes格式）
•         傳回值：返回實際發送的位元組數

   6.關閉通訊端       sockfd.close（）  用戶端：     1.建立通訊端 （和服務端通訊端類型相同）     2.發起連結        connect（addr）           功能：

• 向服務端發起連結

   參數：

• 伺服器位址  （元組）

    3.訊息收發    4.關閉通訊端  樣本服務端： 

from socket import *# 建立通訊端對象sockd = socket()# 綁定IP地址sockd.bind(("127.0.0.1", 6666))# 設定監聽通訊端sockd.listen(5)# 等待用戶端連結cond, addr = sockd.accept()# 接受用戶端訊息（單次1024位元組）data = cond.recv(1024)print(data.decode())# 發送訊息cond.send(b"Hello, I‘m the server")# 關閉通訊端cond.close()sockd.close()

 這裡本機測試可以利用兩個進行 telnet命令連結服務端測試

  伺服器：

from socket import *# 建立通訊端sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)# 綁定地址sockfd.bind(("0.0.0.0", 8888))# 設定監聽sockfd.listen(5)# 等待用戶端連結print("waiting for connect....")conn, addr = sockfd.accept()print("Connect from", addr)print("Connect from", conn)# 訊息收發while True:    data = conn.recv(1024)    if data.decode() == "":        n = conn.send(b"Bey")        break    print("Receive", data.decode())    n = conn.send(b"Receive your message")    print("send %d" % n)# 關閉通訊端conn.close()sockfd.close()

用戶端：

# tcp_client.pyfrom socket import *sockfd = socket()sockfd.connect(("172.18.32.31", 8888))while True:    msg = input("Msg>>")    if msg == "":        break    sockfd.send(msg.encode())    data = sockfd.recv(1024)    # if msg == "Bye":    #     break    print(data.decode())sockfd.close()

簡單的訊息傳輸：

 

 

Python網路編程（OSI模型、網路通訊協定、TCP）