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一、網絡的基礎知識

1、OSI參考模型

　　OSI是Open System Interconnect的縮寫，意為開放式系統互聯。一般都叫OSI參考模型，是ISO組織在1985年研究的網絡互聯模型。該體系結構標準定義了網絡互連的七層框架，在這一框架下進一步詳細規定了每一層的功能，以實現開放系統環境中的互連性、互操作性和應用的可移植性。

　　OSI七層參考模型的各個層次的劃分遵循下列原則：

　　1、同一層中的各網絡節點都有相同的層次結構，具有同樣的功能。

　　2、同一節點內相鄰層之間通過接口(可以是邏輯接口)進行通信。

　　3、七層結構中的每一層使用下一層提供的服務，並且向其上層提供服務。

　　4、不同節點的同等層按照協議實現對等層之間的通信。

物理層 物理層是OSI的第一層，它雖然處於最底層，卻是整個開放系統的基礎。物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，為數據傳輸提供可靠的環境。 1.1媒體和互連設備 規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和過程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。具體地講，機械特性規定了網絡連接時所需接插件的規格尺寸、引腳數量和排列情況等;電氣特性規定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配、傳輸速率 距離限制等。物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設備指DTE和DCE間的互連設備。DTE即數據終端設備，又稱物理設備，如計算機、終端等都包括在內。而DCE則是數據通信設備或電路連接設備，如調制解調器等。數據傳輸通常是經過DTE——DCE，再經過DCE——DTE的路徑。互連設備指將DTE、DCE連接起來的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細同軸電纜、T型接、插頭，接收器，發送器，中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。 1.2物理層的主要功能 1.2.1為數據端設備提供傳送數據的通路，數據通路可以是一個物理媒體，也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數據傳輸，包括激活物理連接，傳送數據，終止物理連接.所謂激活，就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個數據終端設備間連接起來，形成一條通路。 1.2.2傳輸數據，物理層要形成適合數據傳輸需要的實體，為數據傳送服務。一是要保證數據能在其上正確通過，二是要提供足夠的帶寬(帶寬是指每秒鐘內能通過的比特(BIT)數)，以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿足點到點，一點到多點，串行或並行，半雙工或全雙工，同步或異步傳輸的需要。

數據鏈路層

數據鏈路可以粗略地理解為數據通道。物理層要為終端設備間的數據通信提供傳輸媒體及其連接.媒體是長期的,連接是有生存期的.在連接生存期內,收發兩端可以進行不等的一次或多次數據通信.每次通信都要經過建立通信聯絡和拆除通信聯絡兩過程.這種建立起來的數據收發關系就叫作數據鏈路.而在物理媒體上傳輸的數據難免受到各種不可靠因素的影響而產生差錯,為了彌補物理層上的不足,為上層提供無差錯的數據傳輸,就要能對數據進行檢錯和糾錯.數據鏈路的建立,拆除,對數據的檢錯,糾錯是數據鏈路層的基本任務。 2.1鏈路層的主要功能 鏈路層是為網絡層提供數據傳送服務的,這種服務要依靠本層具備的功能來實現。鏈路層應具備如下功能:物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。在這一層，數據的單位稱為幀(frame)。 2.2數據鏈路層的主要協議 數據鏈路層協議是為發對等實體間保持一致而制定的,也為了順利完成對網絡層的服務。數據鏈路層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

網絡層

網絡層的產生也是網絡發展的結果.在聯機系統和線路交換的環境中，網絡層的功能沒有太大意義.當數據終端增多時。它們之間有中繼設備相連.此時會出現一臺終端要求不只是與唯一的一臺而是能和多臺終端通信的情況,這就是產生了把任意兩臺數據終端設備的數據鏈接起來的問題,也就是路由或者叫尋徑。另外,當一條物理信道建立之後,被一對用戶使用,往往有許多空閑時間被浪費掉.人們自然會希望讓多對用戶共用一條鏈路，為解決這一問題就出現了邏輯信道技術和虛擬電路技術。 3.1網絡層主要功能 網絡層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。網絡層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，包中封裝有網絡層包頭，其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網絡地址。如果你在談論一個IP地址，那麽你是在處理第3層的問題，這是“數據包”問題，而不是第2層的“幀”。IP是第3層問題的一部分，此外還有一些路由協議和地址解析協議(ARP)。有關路由的一切事情都在這第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。網絡層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。在這一層，數據的單位稱為數據包(packet)。網絡層協議的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。

傳輸層

第4層的數據單元也稱作數據包(packets)。但是，當你談論TCP等具體的協議時又有特殊的叫法，TCP的數據單元稱為段 (segments)而UDP協議的數據單元稱為“數據報(datagrams)”。這個層負責獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險。第4層為上層提供端到端(最終用戶到最終用戶)的透明的、可靠的數據傳輸服務。所為透明的傳輸是指在通信過程中 傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。

會話層

會話層提供的服務可使應用建立和維持會話，並能使會話獲得同步。在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，而是統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如服務器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。會話層使用校驗點可使通信會話在通信失效時從校驗點繼續恢復通信。這種能力對於傳送大的文件極為重要。會話層,表示層,應用層構成開放系統的高3層，面對應用進程提供分布處理，對話管理,信息表示,恢復最後的差錯等.

表示層

這一層主要解決擁護信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合於某一用戶的抽象語法，轉換為適合於OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮， 加密和解密等工作都由表示層負責。

通過前面的介紹,我們可以看出,會話層以下5層完成了端到端的數據傳送,並且是可靠,無差錯的傳送.但是數據傳送只是手段而不是目的,最終是要實現對數據的使用.由於各種系統對數據的定義並不完全相同,最易明白的例子是鍵盤,其上的某些鍵的含義在許多系統中都有差異.這自然給利用其它系統的數據造成了障礙.表示層和應用層就擔負了消除這種障礙的任務.

應用層

應用層為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。 2、TCP/UDP協議

　　TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)協議屬於傳輸層協議。其中TCP提供IP環境下的數據可靠傳輸，它提供的服務包括數據流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復 用。通過面向連接、端到端和可靠的數據包發送。通俗說，它是事先為所發送的數據開辟出連接好的通道，然後再進行數據發送;而UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯恢復功能。一般來說，TCP對應的是可靠性要求高的應用，而UDP對應的則是可靠性要求低、傳輸經濟的應用。TCP支持的應用協議主要 有：Telnet、FTP、SMTP等;UDP支持的應用層協議主要有：NFS(網絡文件系統)、SNMP(簡單網絡管理協議)、DNS(主域名稱系 統)、TFTP(通用文件傳輸協議)等.

　　TCP/IP協議與低層的數據鏈路層和物理層無關，這也是TCP/IP的重要特點。

二、Socket

socket本質上就是在2臺網絡互通的電腦之間，架設一個通道，兩臺電腦通過這個通道來實現數據的互相傳遞。 我們知道網絡 通信 都 是基於 ip+port 方能定位到目標的具體機器上的具體服務，操作系統有0-65535個端口，每個端口都可以獨立對外提供服務，如果 把一個公司比做一臺電腦 ，那公司的總機號碼就相當於ip地址， 每個員工的分機號就相當於端口， 你想找公司某個人，必須 先打電話到總機，然後再轉分機 。

建立一個socket必須至少有2端， 一個服務端，一個客戶端， 服務端被動等待並接收請求，客戶端主動發起請求， 連接建立之後，雙方可以互發數據。

socket中TCP的三次握手建立連接詳解

我們知道TCP建立連接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大致流程如下：

• 客戶端向服務器發送一個SYN J
• 服務器向客戶端響應一個SYN K，並對SYN J進行確認ACK J+1
• 客戶端再想服務器發一個確認ACK K+1

只有就完了三次握手，但是這個三次握手發生在socket的那幾個函數中呢？請看下圖：

socket中發送的TCP三次握手

從圖中可以看出，當客戶端調用connect時，觸發了連接請求，向服務器發送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態；服務器監聽到連接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向客戶端發送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態；客戶端收到服務器的SYN K ，ACK J+1之後，這時connect返回，並對SYN K進行確認；服務器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。

總結：客戶端的connect在三次握手的第二個次返回，而服務器端的accept在三次握手的第三次返回。

A network socket is an endpoint of a connection across a computer network. Today, most communication between computers is based on the Internet Protocol; therefore most network sockets are Internet sockets. More precisely, a socket is a handle (abstract reference) that a local program can pass to the networking application programming interface (API) to use the connection, for example "send this data on this socket". Sockets are internally often simply integers, which identify which connection to use.

For example, to send "Hello, world!" via TCP to port 80 of the host with address 1.2.3.4, one might get a socket, connect it to the remote host, send the string, then close the socket:

1 2 3 4

Socket socket = getSocket(type = "TCP") connect(socket, address = "1.2.3.4", port = "80") send(socket, "Hello, world!") close(socket)

A socket API is an application programming interface (API), usually provided by the operating system, that allows application programs to control and use network sockets. Internet socket APIs are usually based on the Berkeley sockets standard. In the Berkeley sockets standard, sockets are a form of file descriptor (a file handle), due to the Unix philosophy that "everything is a file", and the analogies between sockets and files: you can read, write, open, and close both. In practice the differences mean the analogy is strained, and one instead use different interfaces (send and receive) on a socket. In inter-process communication, each end will generally have its own socket, but these may use different APIs: they are abstracted by the network protocol.

A socket address is the combination of an IP address and a port number, much like one end of a telephone connection is the combination of a phone number and a particular extension. Sockets need not have an address (for example for only sending data), but if a program binds a socket to an address, the socket can be used to receive data sent to that address. Based on this address, internet sockets deliver incoming data packets to the appropriate application process or thread.

Python網絡編程——Socket