Day 26 互联网协议/Socket套接字

目录

• 软件开发架构
  • C/S架构
  • B/S架构
• 互联网协议
  • 物理层
  • 数据链路层
  • 网络层
    • IP协议
    • arp协议
  • 传输层
    • TCP协议
      • 三次握手
      • 四次挥手
• Socket套接字

软件开发架构

C/S架构

Client:客户端

Server:服务端

• 优点:

  软件的使用稳定,并且可以节省网络资源

• 缺点

  1. 若用户想在同一设备上使用多个软件,必须下载多个客户端
  2. 软件的一次更新,客户端也必须跟着重新下载更新

B/S架构

Browser:浏览器

Server:服务端

• 优点:

  以浏览器充当客户端,无需用户下载多个软件,也无需用户下载更新软件版本,直接在浏览器上访问需要使用的软件

• 缺点

  消耗网络资源较大,当网络不稳定时,软件的使用也不稳定

互联网协议

互联网协议又称为网络七层协议,OSI七层协议,OSI是一个世界标准组织

OSI七层协议:

• 应用层
• 表示层
• 会话层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理连接层

物理层

基于电信号的高低电压发送01二进制数据

数据链路层

数据链路层定义了对电信号的分组方式

以太网协议:

1. 统一了标准的定义方式

2. 每一台连接网线的电脑都有一块网卡

   网卡由不同的厂商生产

   每块网卡都有一个唯一的12位编号:mac地址

   ​ 前6位: 厂商号

   ​ 后6位: 流水号

交换机:

​ 可以让多台电脑连接到一起

基于以太网协议发送数据:

​ 特点:广播,单播

​ 弊端:广播风暴,不能跨局域网通信

网络层

如果全世界都光靠数据链路层中的以太网协议,mac地址,广播来通信是不够的,因为一台机器发送信息的话,全世界的机器都将收到,这将会是一场灾难

所以就有了网络层,网络层定义了一个IP协议,IP协议将不同的局域网都分割开来

Mac地址是用来标识你这个教室的一个位置(一台电脑),IP地址是用来标识你在哪个教室(哪个局域网)

局域网中怎么获取对方的Mac地址：

肯定要知道对方的IP地址，这是最基本的，就像你要访问百度，肯定得知道百度的域名，域名就是百度的IP地址。自己的IP可以轻松获得，自己的Mac也轻松获取，目标Mac为12个F，我们叫广播地址，表达的意思是我想要获取这个目标IP地址172.16.10.11的机器的Mac地址。Mac为12个F代表的是一种功能，这个功能就是获取对方的Mac地址，计算机的Mac永远不可能是12个F。假设是在本教室广播，一嗓子吼出去了，所有人开始解包，只有IP地址是172.16.10.11的这个人才会返回他的Mac地址，其他人全部丢弃。发回来源Mac改成飞哥自己的Mac地址，同时把飞哥的Mac地址放在数据部分。

跨网络怎么获取对方的Mac地址：

通过IP地址区分，计算机运算判断出飞哥不在同一个教室，目标IP就变成了网关的IP了。网关的IP在计算机上配死了，可以轻松获取。

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IPv4版本,它规定的网络地址由32位2进制表示,范围0.0.0.0 - 255.255.255.255, 还有一种叫IPv6版本的

本机IP: 回环地址 127.0.0.1 ---> localhost

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

协议工作方式：每台主机IP都是已知的，例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

传输层

IP地址帮助我们找到区分子网,Mac地址帮我们找到主机,但是主机上打开着许多个应用程序

那么我们如何标识一台计算机上的应用程序呢,那就是传输层中的端口,端口即应用程序与网卡关联的编号

传输层的功能就是建立端口到端口的通信

端口的范围是0-65535,其中0-1023为系统占用端口

开发中常用软件的默认端口号:

mysql:3306

mongodb:27017

Django:8000

Tomcat:8080

Flask:5000

Redis:6379

TCP协议

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

三次握手

第一次握手:

起初两端都处于CLOSED关闭状态，Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN-SENT状态，等待Server确认

第二次握手:

Server收到数据包后由标志位SYN=1得知Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN-RCVD状态，此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量

第三次握手:

Client收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并且此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client和Server就可以开始传输数据

(1)为什么A还要发送一次确认呢？可以二次握手吗？

主要为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。如A发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认，于是A再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接，A工发出了两个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了B，但是第一个丢失的报文段只是在某些网络结点长时间滞留了，延误到连接释放以后的某个时间才到达B，此时B误认为A又发出一次新的连接请求，于是就向A发出确认报文段，同意建立连接，不采用三次握手，只要B发出确认，就建立新的连接了，此时A不理睬B的确认且不发送数据，则B一致等待A发送数据，浪费资源

(2) Server端易受到SYN攻击？

服务器端的资源分配是在二次握手时分配的，而客户端的资源是在完成三次握手时分配的，所以服务器容易受到SYN洪泛攻击，SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server则回复确认包，并等待Client确认，由于源地址不存在，因此Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络拥塞甚至系统瘫痪

防范SYN攻击措施：降低主机的等待时间使主机尽快的释放半连接的占用，短时间受到某IP的重复SYN则丢弃后续请求

四次挥手

第一次挥手:

A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认

第二次挥手:

B收到连接释放报文段后即发出确认报文段，（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），B进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，A到B的连接释放

A收到B的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段

第三次挥手:

B没有要向A发出的数据，B发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），B进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认

第四次挥手:

A收到B的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），A进入TIME-WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才进入CLOSED状态

(1)为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手

(2)为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文

Socket套接字

多个客户端:

# server端
import socket
server = socket.socket()
server.bind(
    ('127.0.0.1', 8888)
)
server.listen(5)  # 半连接池,可以“等待5个用户接受服务”

while True:
    # 等待客户端连接过来
    conn, addr = server.accept()
    print(addr)

    # 循环接收客户端数据
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024).decode('utf-8')
            print(data)

            # mac和linux系统bug: b''
            if len(data) == 0:
                continue

            if data == 'q':
                break

            conn.send(data.encode('utf-8'))

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    conn.close()

# client端
import socket

client = socket.socket()

client.connect(
    ('127.0.0.1', 8888)
)

while True:
    send_msg = input('client---》server:')

    client.send(send_msg.encode('utf-8'))

    if send_msg == 'q':
        break

    data = client.recv(1024).decode('utf-8')
    print(data)

client.close()