從零開始的python世界的闖蕩之視頻學習篇 第十九話 網路編程---<Three>

#今天搜了搜有關python面試的，發現，問的基本都不會，#這才知道自己依舊是吊車尾。。#然後又看到了一個感動的回答， 技術不行，態度來湊#發現，我的學習態度還是可以的。每天花上幾個小時寫筆記，#這都是無形之中產生的財富。#好的，今天來講 tcp 以及 網路通信的一些知識，全是概念。概念比較多，寫了大概兩天。。。。。

一.廣播

#事先說明，廣播只有udp廣播,tcp可是沒有廣播的

#1,.udp廣播

#就像學校裡頭，每當中午飯點的時候，都會播放音樂，能讓全校的人都能聽見，這就是生活中的廣播。#那麼網路中的廣播是什麼呢？同理，那就是一台計算機，向與你同網段的所有機器，發送數據包#圖示:

#那麼如何實現udp廣播呢？ #請看代碼：

#補充#單播： 是進行點對點通信，這就是單播，就像你和我打電話，就咱們兩個。#多播： 是進行點對多通信，就好像做項目，有小組之分，然後老大和單獨一個小組裡的人講話。#廣播風暴:就是一個網段中，廣播數據充斥網路無法處理，並佔用大量網路帶寬，導致正常業務不能運行 廣播也是有風險的，需要善用。#廣播適用場景： 一般常用於尋找指定mac地址的機器，或者說當需要向同網段的機器發送信息的時候

二.網路通信

#1.packet tracer工具的安裝

#2.工具的介紹

#packet tracer工具是一個思科的網路模擬工具，它為用戶提供了設計、配置、排除網路故障提供了 網路模擬環境，用戶可以在軟體的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網路拓撲，並可提供數據包在 網路中行進的詳細處理過程，觀察網路實時運行情況。

#3.第一個示例 2台電腦進行組網

#兩台電腦都要設置，並且ip不能一樣，但是要保證子網掩碼要一樣

#如何判斷兩個計算機能夠通信呢？ 咱們使用命令 ping 來進行測試。#ping 命令是專門用來檢測兩個ip是否能夠相互通信。利用的是icmp協議

#由這個示例，可以學習到，當兩個主機在同一個網段，就能夠進行直接通信。#那麼什麼是子網掩碼呢？#答疑：又叫網路掩碼、地址掩碼、子網路遮罩，它是一種用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機 所在的子網，以及哪些位標識的是主機的位掩碼。子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址 一起使用。#子網掩碼的作用? #答疑： 子網掩碼只有一個作用，就是將某個IP地址劃分成網路地址和主機地址兩部分#那麼，咱們怎麼判斷機器在同一個網段呢？#答疑：咱們需要利用子網掩碼，以及IP地址， 將他們全部化成2進位表示。然後逐位進行與運算。# 此時會得到一個新的二進位數，他就是該機器的網路號。只要其他機器的網路號也是這個，# 那麼稱他們在同一個網段，能夠通信。

#4.第二個示例 利用集線器進行組網

#什麼是集線器？#答疑：集線器又稱之為hub,屬於純硬體網路底層設備,它發送數據時都是沒有針對性的，而是採用廣播 方式發送,容易造成廣播風暴。#集線器的作用？#答疑：集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大， 以擴大網路的傳輸距離，同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。#疑惑: 當我們有3台電腦，該如何讓他們相互都能夠通信呢? 如下圖

#此時，咱們就需要利用到集線器了。

#上圖可以發現，集線器充當一個中介，給多個機器進行牽線。讓他們能夠類似於相互連接的狀態。

#5.第三個示例 利用交換機組網

#什麼是交換機？ #答疑：交換機（又名交換式集線器）作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個區域網,並且 擁有"智能記憶"能力和"學習"能力。具有MAC地址表。 此處只說二層交換機。#交換機的作用是什麼？#答疑：交換機不僅具有和集線器一樣的功能，還有記錄MAC地址的功能，這樣在發送數據的時候，並不 需要一直採用廣播的方式， 只有第一次才需要廣播。 轉發過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連接目的節點的埠 而不是所有埠（如該數據幀為廣播幀則轉發至所有埠） 學習功能：乙太網交換機了解每一埠相連設備的MAC地址，並將地址同相應的埠映射起來存 放在交換機緩存中的MAC地址表中

#在講解具體操作過程的時候，有必要先講解幾個名詞。#1.MAC地址： 也成為物理地址，由六個十六進位數組成，前三個為IEEE機構規定的固定數值，後三個為 廠家製造的商品序列號。 MAC地址就如同我們身份證上的身份證號碼，具有全球唯一性。#2.MAC地址的作用： 唯一的標識一個機器。他在tcp/ip7層模型的第二層鏈路層發揮作用。#3.為什麼有了ip還要mac地址呢？# 答疑：ip地址只在邏輯上標記計算機的位置，mac地址是物理實際標記計算機的位置#4.arp協議：地址解析協議，是根據IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協議。#5.arp協議的工作過程：1.當主機A 想要與主機B通信的時候， 主機A根據路由表確定主機B的IP地址， 然後,查看arp緩存，如果有IP對於的物理地址，那麼直接將數據發送給主機B 2.如果沒有主機B的物理地址，主機A會發送ARP請求廣播到本地網路的所有主機 3.所有主機判斷一下請求中的目的IP與自己是否相同，如果不是，就將包丟棄 4.如果是的話，那麼就將主機A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP緩存中 5.主機B再將包含其MAC地址的ARP回復消息直接發送回主機A 6.主機A收到從主機B發來的ARP回復消息時，會用主機B的IP和MAC地址映射更新 ARP緩存。但是這個緩存有時間，過期了還得重複以上的步驟。#6.icmp協議： 當我們使用ping 命令的時候，實際上就是利用icmp協議，他用來測試兩個ip是否是互通 的。#7.rarp 協議：反向地址轉換協議, 也就是根據物理地址，獲取IP地址。#8.查看arp緩存的命令 ：arp -a #9.刪除arp緩存的命令 ：arp -d #好的，有上面的知識後，咱們來探索一下，當主機0 去 ping 主機1 的時候，會有哪些過程？#

#根據圖片簡單的總結一下具體步驟： 1.主機0先檢查自己arp緩存是否有主機1ip對應的物理地址，如果沒有，就向本地網路廣播發送 arp請求包。 2.本地網路中的主機檢查ARP中的目的IP是否為自己的IP，如果不是則丟棄。 3.如果是的話，將源IP以及物理地址加入到本地的ARP緩存中，然後再把自己的IP以及物理地址發回去 4.主機0接受到了主機1發回的IP和物理地址，將他們假如到本地的ARP緩存中。 5.然後開始icmp包的發送。

#6.疑問統一解答：

#1.兩台電腦之間能通信的前提是什麼？#答疑： 這兩台電腦要在同一個網段中，並且線路要完好連接。#2.多台電腦之間為什麼不能把網線剪開鏈接在一起？#答疑: 肯定不行，網線不是電線，網線只能有兩個頭，一旦剪開再拼接成三頭，那麼這線就沒用了#3.鏈接多台電腦的hub集線器有什麼用？#答疑：集線器能夠完成多個電腦的鏈接。#4.集線器和交換機的區別？#答疑： 交換機可以說是集線器的升級版，交換機在一定程度上避免了廣播風暴產生的概率，還具有 學習和記錄MAC地址的能力。

#7.利用路由器進行組網

#路由器（Router），是連接網際網路中各區域網、廣域網的設備，它會根據信道的情況自動選擇和設定路 由，以最佳路徑，按前後順序發送信號。又稱網關設備（Gateway）是用於連接多個邏輯上分開的網路 所謂邏輯網路是代表一個單獨的網路或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路 由器的路由功能來完成 #路由器的功能：連通不同的網路，信息傳輸#好的，咱們開始通過路由來進行不同網段的通信#示例如下圖

#對路由器簡單的總結一下：# 1.不在同一網段的pc，需要設置默認網關才能把數據傳送過去 通常情況下，都會把路由器IP設置成 默認網關# 2. 當路由器收到一個其它網段的數據包時，會根據「路由表」來決定，把此數據包發送到哪個埠； 路由表的設定有靜態和動態方法# 3. 每經過一次路由器，那麼TTL值就會減一# 4. 查看路由表的命令為： route print

#8.模擬仿照咱們訪問網頁的簡單組網

#在操作之前，咱們要知道，我們能訪問網站，實際上，咱們是去訪問一個web伺服器，他會將數據#發送到咱們的電腦上，經過軟體的渲染，才能出現畫面。#所以，伺服器這各全新的概念就需要咱們了解一下下#伺服器是什麼？#答疑：也稱伺服器，是提供計算服務的設備。由於伺服器需要響應服務請求，並進行處理， 因此一般來說伺服器應具備承擔服務並且保障服務的能力。#常接觸的伺服器有：文件伺服器，資料庫伺服器，應用程序伺服器，WEB伺服器##當咱們訪問www.baidu.com 的時候，有沒有想過，為啥咱們沒有訪問IP就能夠獲取到資源呢？？#這是因為 dns伺服器的功勞。##那麼dns伺服器是用來幹啥的？#答疑：首先了解一下dns是域名系統的縮寫。萬維網上作為域名和IP地址相互映射的一個分散式資料庫 能夠使用戶更方便的訪問互聯網，而不用去記住能夠被機器直接讀取的IP數串。 而dns伺服器是指保存有該網路中所有主機的域名和對應IP地址，並具有將域名轉換為IP地址功能 的伺服器#當我們電腦訪問網頁的時候，涉及了幾個協議呢？#1.dns域名解析協議：DNS協議是用來將域名轉換為IP地址,他使用的是UDP傳輸。#2.http協議：超文本傳輸協議，是用於從WWW伺服器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳輸協議。 它可以使瀏覽器更加高效，使網路傳輸減少。它不僅保證計算機正確快速地傳輸超文本 文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示(如文本先於圖形)#現在咱們開始組網

#環境已經搭建完畢，設置方法，是一樣的。一個伺服器用於DNS服務，一個用於HTTP web服務#並且測試，瀏覽器直接通過IP訪問，是能夠出現咱們自定義的網頁。#現在測試，咱們用域名來訪問。

#如果不會進行搭建伺服器的話，可以自行百度。如果不碰壁，那麼記憶將不會深刻#好的咱們現在來講解面試中很容易會問到的問題#請說出，當你訪問www.baidu.com的時候，具體的步驟#答疑：

#再次總結一下過程：# 1.如果都是第一次進行通信的話，雙方都發送一個arp包，讓路由器記錄主機1和http伺服器的物理地址# 2.此時主機1再次發送一個arp包，用來獲取網關的物理地址，因為要從這兒出去。# 3.主機1根據已經設置的dns伺服器地址，直接發送一個dns請求包給dns伺服器接收，dns伺服器返回 一個網址和ip的映射關係數據回來。# 4.主機1發送tcp請求給http伺服器接收。# 5.當http伺服器接收到tcp請求的時候，想要發送確認包回去，發現，自己並不知道主機1的物理地址# 那麼就發送一個arp包，路由器接收到後，回復攜帶主機1物理地址的包給http伺服器。# 6.http伺服器發送tcp確認包給主機1# 7.主機1接收到tcp確認包後， 再給http伺服器發送對確認包確認的包，並緊跟著發送http數據請求包# 8.http伺服器接受到tcp確認包的確認包，連接正式成立，然後緊接著就收到了http數據請求包， 此時就發送給主機1攜帶網站信息的回復包給主機1，然後再進行4次揮手 斷開連接。#如果嫌文字太長太抽象，不妨和我一樣，嘗試的利用Packer Tracer工具實驗一把，它能夠支持數據包一步一步查詢，能夠清晰的看到各種包的運行過程。#最後，補充一下 dhcp協議： 這是一個動態主機配置協議，也就是由dhcp伺服器動態的給你分配ip地址 每次有可能分配到不同的地址。

三.tcp通信的介紹

#1.tcp是什麼？

#tcp和udp一樣，也是一種通信方式,但是利用tcp通信前需要和對方建立連接，通常稱之為3次握手， 同樣的，當要斷開連接的時候，通常稱為4次揮手。#利用tcp通信，就好像生活中的打電話一樣。得先撥通，才能交談

#2.tcp通信的特點？

#1.比udp通信更加的安全，數據不易丟失#2.但是運行速度會比udp更慢一些。#3.通常也稱tcp通信為面向連接,可靠的通信協議。

#3.tcp通信的模型介紹

需要注意的是，tcp和udp有些方法是不同的。伺服器端：#1.listen(): 開啟監聽,可以加一個參數，設置能夠同時連接伺服器的最大數量。也可以說是讓套接字 變成被動。因為默認創建的套接字都是主動的。 實際上是隊列去控制最大數量。當連接數達到了最大數量的時候，那麼新的連接將不會成功 需要等待隊列中連接斷開，才會讓新的連接進去。#2.accept(): 這是一個等待連接過來的函數，他會阻塞在這兒，當有客戶端嘗試連接的時候，才會繼續 往下走，這個函數的返回值為 (new_socket_obj, (client_ip, client_port))#3.recv(): 在tcp通信中使用這個方法來接受數據，只有一個參數，設置一次接受數據的大小#4.send(): 這是在tcp通信中使用，發送數據，也是只有一個參數，就是發送的內容客戶端：#1.connect() : 這個方法是在tcp通信中使用，用來與伺服器端建立連接使用的。參數為一個元組(ip,port)

#4.利用tcp通信重寫模擬qq聊天程序

#伺服器端：import socket#1.創建套接字tcp_socket = socket.socket()#2.綁定Ip和埠addr = ("localhost", 9999)tcp_socket.bind(addr)#3.設置監聽tcp_socket.listen(5)#4.等待連接while True: new_socket, client_addr = tcp_socket.accept() while True: #5.接受數據 content = new_socket.recv(1024) print("%s:%s"%(client_addr,content.decode())) #6.發送數據 server_content = input(">>:") if server_content == "quit": break new_socket.send(server_content.encode()) #7.關閉與客戶端通信的套接字 new_socket.close()

import socket#1.創建套接字client_socket = socket.socket()#2.進行連接伺服器端client_socket.connect(("localhost", 9999))#3.開始發送數據while True: client_content = input(">>:") if client_content == "quit": break client_socket.send(client_content.encode()) #4.接受數據 content = client_socket.recv(1024) print("server:%s"%(content.decode())) #5.關閉套接字client_socket.close()

#5.tcp與udp的不同

#1.tcp通信 適用於對速度不是絕對的追求，但是對數據要絕對的安全情況下 udp通信 適用於對速度快的追求，數據安全不做要求的情況。#2.tcp通信 在傳輸數據之前，需要先建立連接。 結束後，需要經過4次揮手斷開連接# udp通信 不需要事先建立連接， 即傳即用。

#6.tcp通信 建立連接的過程

#在講解tcp連接建立過程前，咱們先舉個生活例子#1.男朋友對女朋友說我給你買了一個禮物#2.女朋友對男朋友說什麼禮物，給我看看#3.男朋友說，好，拿給你看。#請記住類似於這樣的例子，有助於你接下來對tcp通信建立連接有很大的幫助。#tcp通信建立連接的過程，也被成為3次握手的過程。

#如果用上面的比喻， 客戶就是男朋友，伺服器就是女朋友。

#通過上述三步，客戶端就能和伺服器端進行通信了。

#6.tcp通信斷開連接的過程

#同樣的，咱們也是用一個生活例子來引入#1.男朋友對女朋友說，咱們分手吧#2.女朋友說，分手就分手#3.然後女朋友就說，把你的東西拿走#4.男朋友說，拿走就拿走。之後彼此就相忘於江湖了。#tcp通信斷開連接的過程，一般稱之為四次揮手的過程，更皮的人將它稱之為四步分手的過程。#

#如果記不住這個過程，可以把我的例子記住，保證能懂這個tcp通信的連接與斷開過程。

#7.長連接和短連接

#當咱們使用tcp通信的時候，是需要先通過三次握手建立連接後才能開始通信，然後通過四次分手釋放。#這兩個過程都是需要消耗一定的時間的。#1.什麼是長連接?#答疑：假設咱們有abcde這些數據，規定每次只能發送一個字母，那麼咱們發送的過程為 三次握手建立連接--> 發送a --> 發送b --> 發送c --> .... -->發送e -->四次分手釋放連接 這就是所謂的長連接，只建立一次，就開始傳輸所有的數據，然後只釋放一次。 比如打遊戲，你登陸遊戲，這就相當於三次握手進行建立連接，然後你操縱遊戲人物，最後 你結束遊戲，此時就相當於四次分手釋放連接。#2.什麼是短連接?#答疑： 同樣，假設咱們有abcde這些數據，規定每次只能發送一個字母，那麼咱們發送的過程為 三次握手建立連接-->發送a-->四次分手釋放連接 三次握手建立連接-->發送b-->四次分手釋放連接 ...... 三次握手建立連接-->發送e-->四次分手釋放連接 這就是所謂的短連接，每發送一次就立馬釋放連接，然後再建立連接進行發送數據。 比如瀏覽網頁，你打開一個網頁，他一直都這個樣子，只有當你刷新或者跳轉的時候，才 會變化。圖示解釋：

#好的，咱們來解釋一下tcp長/短連接的優缺點：1.長連接可以省去較多的TCP建立和關閉的操作，減少浪費，節約時間2.短連接對於伺服器來說管理較為簡單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外的控制手段3.長連接如果一直不關閉的話，隨著客戶端越來越多，此時的server會扛不住了。就需要額外的控制 手段。4.如果使用短連接，客戶請求頻繁，將在TCP的建立和關閉操作上浪費時間和帶寬#tcp長/短連接的使用場景#答疑： 長連接：多用於操作頻繁，點對點的通訊，而且連接數不能太多情況。例如資料庫的連接用長連接 短連接：WEB網站的http服務。

#8.tcp的十種狀態

#發送FIN通常是應用層對socket進行關閉的結果

#9.TTL 以及 2msl

#TTL 代表著最大能通過路由器的次數， 默認值為128，每經過一個路由器，值就會減小一。#MSL 指的是報文最長存活時間，一般來說是1-2分鐘。#2MSL 指的就是2倍的MSL時間

#關於上圖，為什麼要等待2MSL時間呢？ 主要是怕最後一個ACK數據包收不到。#當伺服器端發送FIN包給客戶端的時候，等待2MSL時間後，伺服器端還沒有收到確認包，#那麼伺服器端就會重發FIN包給客戶端，然後再等待2MSL時間。#在出獄TIME_WAIT的狀態時，兩端的埠都不能使用。要等到2MSL時間結束才可繼續使用#當連接處於2MSL等待階段時任何遲到的報文段都將被丟棄。#當你使用強制的先關閉伺服器端，那麼就會有幾分鐘的時間你是不能夠再啟動伺服器端的，#因為這時候，埠還處於TIME_WAIT狀態。

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