1. 網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)

1.1 介紹

1. 網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)
   (1) OSI模型和TCP/IP協(xié)議
   計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、OSI七層模型仰禀、TCP/IP模型、TCP/IP各層實(shí)現(xiàn)的協(xié)議
   (2) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
   終端設(shè)備妒茬、移動(dòng)設(shè)備束倍、家用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信線(xiàn)纜乱顾、企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備板祝、運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)中心
   (3) 網(wǎng)絡(luò)模擬軟件Packet Tracer
   軟件介紹安裝走净、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)撲圖券时、配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰ?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男畔鬟f
2. 網(wǎng)絡(luò)編程進(jìn)階
   (1) 數(shù)據(jù)鏈路層
   通過(guò)Packet Tracer查看數(shù)據(jù)幀
   使用psutil模塊獲取當(dāng)前通信網(wǎng)卡的MAC地址
   (2) 網(wǎng)絡(luò)層
   IP地址介紹伏伯，IP地址劃分橘洞，子網(wǎng)掩碼的作用
   路由介紹，設(shè)備路由配置
   網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議ARP说搅，ICMP炸枣，通過(guò)Scapy模塊實(shí)現(xiàn)ARP，ICMP通信協(xié)議
   (3) 傳輸層
   UDP協(xié)議蜓堕、TCP協(xié)議
   TCP三次握手抛虏、四次揮手
   通過(guò)UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)聊天室
   通過(guò)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的TCP服務(wù)器和客戶(hù)端
   (4) 應(yīng)用層
   HTTP協(xié)議、DHCP協(xié)議套才、SMTP協(xié)議迂猴、TELNET\SSH協(xié)議
   通過(guò)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的靜態(tài)HTTP服務(wù)器
   打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)的過(guò)程
   連接WIFI的過(guò)程
   通過(guò)Python發(fā)送郵件
   在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中配置TELNET和SSH

1.2 TCP/IP協(xié)議

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)和OSI七層模型

1. 網(wǎng)絡(luò)
   計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，就是把分布在不同地理區(qū)域的計(jì)算機(jī)以及專(zhuān)門(mén)的外部設(shè)備利用通信線(xiàn)路互聯(lián)成一個(gè)規(guī)模大背伴、功能強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沸毁，從而使眾多的計(jì)算機(jī)可以方便的互相傳遞信息峰髓，共享信息。
2. 網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)
   1960年-1970年：簡(jiǎn)單連接
   1970年-1980年：基于網(wǎng)絡(luò)的連接
   1980年 - 現(xiàn)在：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
3. 網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)
   (1) 局域網(wǎng)LAN
   通常指幾公里以?xún)?nèi)的息尺，通過(guò)某種介質(zhì)互聯(lián)的計(jì)算機(jī)携兵、打印機(jī)或其他設(shè)備的集合。
   特點(diǎn)：距離短搂誉、延遲小徐紧、數(shù)據(jù)速率高、傳輸可靠
   (2) 城域網(wǎng)MAN
   一種比局域網(wǎng)更大的網(wǎng)炭懊，通常覆蓋一個(gè)城市并级，從幾十公里到一百公里不等，可能會(huì)有多種介質(zhì)侮腹，用戶(hù)的數(shù)量也比局域網(wǎng)更多嘲碧。
   特點(diǎn)：連接范圍可以在1-100公里。
   (3) 廣域網(wǎng)WAN
   這種網(wǎng)絡(luò)也被稱(chēng)為遠(yuǎn)程網(wǎng)父阻，覆蓋的范圍比城域網(wǎng)(MAN)更廣愈涩，一般是在不同城市之間的局域網(wǎng)(LAN)或者城域網(wǎng)(MAN)互聯(lián)，地理范圍可從幾百公里到幾千公里加矛。因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)履婉，信息衰減嚴(yán)重，所以一般要租用專(zhuān)線(xiàn)荒椭。
   特點(diǎn)：傳輸距離從幾百公里到幾千公里谐鼎，信息衰減嚴(yán)重
   (4) 互聯(lián)網(wǎng)Internet
   網(wǎng)絡(luò)規(guī)模最大的網(wǎng)絡(luò)，也被稱(chēng)為Web、WWW和萬(wàn)維網(wǎng)等。全球計(jì)算機(jī)的互聯(lián)烦秩。
   特點(diǎn)：不定性、信息量大草戈、傳播廣
4. OSI參考模型介紹
   OSI是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)研究出的一種用于開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)。
   兩個(gè)遵循OSI模型的系統(tǒng)可以互聯(lián)侍瑟。
5. OSI七層模型
   七層模型：物理層唐片、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層涨颜、傳輸層费韭、會(huì)話(huà)層、表示層庭瑰、應(yīng)用層
   最前三層是底層星持，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。
   最后三層是高層弹灭，負(fù)責(zé)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸督暂。
   (1) 物理層
   比特流傳輸揪垄。
   (2) 數(shù)據(jù)鏈路層
   提供介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)，鏈路管理逻翁。
   (3) 網(wǎng)絡(luò)層
   尋址和路由選擇饥努。
   (4) 傳輸層
   建立主機(jī)端到端的連接。
   (5) 會(huì)話(huà)層
   建立八回、維護(hù)和管理會(huì)話(huà)酷愧。
   (6) 表示層
   處理數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)加密等缠诅。
   (7) 應(yīng)用層
   提供應(yīng)用程序間的通信伟墙。

6. 數(shù)據(jù)封裝和解封裝過(guò)程

   
   
   數(shù)據(jù)封裝和解封裝過(guò)程

1.2.2 TCP/IP參考模型

1. TCP/IP協(xié)議
   五層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層滴铅、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層就乓、應(yīng)用層
   其中汉匙，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層有時(shí)被統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)接口層生蚁。
   相對(duì)于OSI參考模型噩翠，TCP/IP協(xié)議是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)邦投。
   TCP/IP協(xié)議中的應(yīng)用層對(duì)應(yīng)OSI參考模型中的應(yīng)用層伤锚、表示層、會(huì)話(huà)層三層志衣。
   (1) 物理層
   二進(jìn)制數(shù)據(jù)流傳輸屯援。
   (2) 數(shù)據(jù)鏈路層
   物理介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)。
   (3) 網(wǎng)絡(luò)層
   尋址和路由選擇念脯。
   (4) 傳輸層
   建立端到端的連接狞洋。
   (5) 應(yīng)用層
   提供應(yīng)用程序網(wǎng)絡(luò)接口。

2. 模型對(duì)比

   
   
   模型對(duì)比

1.2.3 TCP/IP各層實(shí)現(xiàn)的協(xié)議

1. 應(yīng)用層
   HTTP：超文本傳輸協(xié)議绿店，基于TCP吉懊，使用80號(hào)端口，是用于從WWW服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳輸協(xié)議假勿。
   SMTP：簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議借嗽，基于TCP，使用25號(hào)端口转培，是一組用于由源地址到目的地址傳遞郵件的規(guī)則恶导，用來(lái)控制通信的發(fā)送、中轉(zhuǎn)堡距。
   FTP：文件傳輸協(xié)議甲锡，基于TCP兆蕉，一般上傳下載用FTP服務(wù)，數(shù)據(jù)端口是20號(hào)端口缤沦，控制端口是21號(hào)端口虎韵。
   TELNET：遠(yuǎn)程登錄協(xié)議，基于TCP缸废，使用23號(hào)端口包蓝，是Internet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式。為用戶(hù)提供了在本地計(jì)算機(jī)上完成遠(yuǎn)程主機(jī)工作的能力企量。在終端使用者的電腦上使用telnet程序連接服務(wù)器测萎。使用明碼傳送，保密性差届巩，簡(jiǎn)單方便硅瞧。
   DNS：域名解析，基于UDP恕汇，使用53號(hào)端口腕唧，提供域名到IP地址之間的轉(zhuǎn)換。
   SSH：安全外殼協(xié)議瘾英，基于TCP枣接，使用22號(hào)端口，為建立在應(yīng)用層和傳輸層基礎(chǔ)上的安全協(xié)議缺谴。SSH是目前較可靠但惶，專(zhuān)為遠(yuǎn)程登錄會(huì)話(huà)和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供安全性的協(xié)議。
2. 傳輸層
   TCP：傳輸控制協(xié)議湿蛔。一種面向連接的膀曾、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議阳啥。
   UDP：用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議妓肢。一種面向無(wú)連接的通信協(xié)議，不可靠的苫纤，基于報(bào)文的傳輸層通信協(xié)議碉钠。
   SCTP：流量傳輸控制協(xié)議。一種面向連接的流傳輸協(xié)議卷拘。在首發(fā)兩端有多條路徑喊废，但實(shí)際只是使用一條路徑傳輸，當(dāng)該條路徑出現(xiàn)故障時(shí)栗弟，不需要斷開(kāi)連接污筷，而是轉(zhuǎn)移到其他路徑。
   MPTCP：多路徑傳輸控制協(xié)議。TCP的多路徑版本瓣蛀。MPTCP真正意義上實(shí)現(xiàn)了多路徑并行傳輸陆蟆，在連接建立階段，建立多條路徑惋增，然后使用多條路徑同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)叠殷。
3. 網(wǎng)絡(luò)層
   IP：Internet協(xié)議。通過(guò)路由選擇將下一條IP封裝后交給接口層诈皿。IP數(shù)據(jù)包報(bào)無(wú)連接服務(wù)林束。
   ICMP：Internet控制報(bào)文協(xié)議。是網(wǎng)絡(luò)層的補(bǔ)充稽亏。用于在P主機(jī)壶冒、路由器之間傳遞控制消息，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通不通截歉、主機(jī)是否可達(dá)胖腾、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。
   例如：ping命令瘪松。
   ARP：地址解析協(xié)議胸嘁。通過(guò)目標(biāo)設(shè)備的IP地址，查詢(xún)目標(biāo)設(shè)備的MAC地址凉逛，以保證通信的順利進(jìn)行。
   注釋?zhuān)?code>MAC地址在某一個(gè)廠(chǎng)商中是唯一的群井。
   RARP：反向地址解析協(xié)議状飞。

1.3 常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

1. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
   網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議，并提供服務(wù)书斜。
   (1) 家用
   網(wǎng)絡(luò)層：筆記本電腦诬辈、手機(jī)、電視盒子荐吉、網(wǎng)絡(luò)攝像頭焙糟、無(wú)線(xiàn)路由器。
   數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層：交換機(jī)
   物理層：網(wǎng)線(xiàn)样屠、光纖
   (2) 企業(yè)
   網(wǎng)絡(luò)層：企業(yè)級(jí)路由器穿撮、企業(yè)級(jí)交換機(jī)、服務(wù)器痪欲、存儲(chǔ)服務(wù)器悦穿、硬件防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)业踢、入侵防御系統(tǒng)栗柒、VPN設(shè)備
   (3) 運(yùn)營(yíng)商
   運(yùn)營(yíng)商級(jí)路由器、運(yùn)營(yíng)商級(jí)交換機(jī)知举、數(shù)據(jù)中心
   注釋?zhuān)?/strong>二層交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層瞬沦，三層交換機(jī)工作在網(wǎng)絡(luò)層太伊。

1. 網(wǎng)絡(luò)層概述
   網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)獲取和維護(hù)主機(jī)的IP地址压彭，IP地址用于主機(jī)間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)給數(shù)據(jù)包選擇路由路徑渗常。
   負(fù)責(zé)點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸(這里的點(diǎn)指主機(jī)或路由器)壮不。
2. 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
   IP網(wǎng)際協(xié)議、ARP地址解析協(xié)議皱碘、ICMP網(wǎng)際控制消息協(xié)議询一。
3. IP網(wǎng)際協(xié)議
   IP協(xié)議位于網(wǎng)絡(luò)層，它是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，所有的上層協(xié)議如TCP健蕊、UDP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸菱阵。
4. IP協(xié)議特征
   不可靠(unreliable)、無(wú)連接(connnectionless)
5. IP協(xié)議版本
   (1) IPV4
IPV4是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第四版缩功，也是第一個(gè)被廣泛使用晴及，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議簇中的核心協(xié)議嫡锌。
   (2) IPV6
IPV6是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第六版虑稼，是新一代的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)協(xié)議，目前正在推廣中势木。
6. IPV4協(xié)議格式
   IPV4使用4個(gè)字節(jié)及32個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)地址蛛倦，通常采用點(diǎn)分十進(jìn)制方法表示，例如192.168.1.1跟压。也可以通過(guò)二進(jìn)制表示胰蝠。
   地址分成兩個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，各占16位震蒋。
   192. 168. 1. 1
11000000.10101000.00000001.00000001
   
   IPV4協(xié)議格式
7. IP地址劃分
   A類(lèi)地址(0.0.0.0 - 127.255.255.255)以0開(kāi)頭茸塞，網(wǎng)絡(luò)端長(zhǎng)度為8位，其中可變部分的長(zhǎng)度為7位查剖；主機(jī)段長(zhǎng)度為24位钾虐。7位的可變網(wǎng)絡(luò)段可識(shí)別2^7 = 128(0-127)個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中0和127另有用途笋庄，故只有126個(gè)可用的A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址效扫。
   B類(lèi)地址(128.0.0.0 - 191.255.255.255)以10開(kāi)頭，網(wǎng)絡(luò)端長(zhǎng)度為16位直砂，其中可變部分的長(zhǎng)度為14位菌仁；主機(jī)段長(zhǎng)度為16位。14位的可變網(wǎng)絡(luò)段可識(shí)別2^14個(gè)網(wǎng)絡(luò)静暂，因此一個(gè)B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)可以分配地址有2^16個(gè)济丘。
   C類(lèi)地址(192.0.0.0 - 223.255.255.255)以110開(kāi)頭，網(wǎng)絡(luò)端長(zhǎng)度為24位洽蛀，其中可變部分的長(zhǎng)度為21位摹迷；主機(jī)段長(zhǎng)度為8位。21位的可變網(wǎng)絡(luò)段可以識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為2^21個(gè)郊供∠康铮可分配的主機(jī)地址是2^8個(gè)。
   D類(lèi)地址(224.0.0.0 - 239.255.255.255)為組播地址驮审，使用1110開(kāi)頭鲫寄，不分網(wǎng)絡(luò)段和主機(jī)段吉执，有2^28個(gè)組播地址。用于標(biāo)識(shí)預(yù)先定義的一組主機(jī)塔拳。主機(jī)使用組播通信時(shí)鼠证，可以將組播數(shù)據(jù)報(bào)一次性發(fā)送給所有同組的主機(jī)。
   E類(lèi)地址(240.0.0.0 - 255.255.255.255)是保留地址靠抑，用于研究使用量九。以1111開(kāi)頭，不區(qū)分網(wǎng)絡(luò)段和主機(jī)段颂碧，其中32位全1代表本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播荠列，因此E類(lèi)地址共有2^28-1個(gè)。
8. 公有IP地址和私有IP地址
   公有地址在Internet中使用载城，可以在Internet中隨意訪(fǎng)問(wèn)肌似。
   私有IP地址無(wú)法在Internet中使用，只能在內(nèi)部使用诉瓦。
9. 私有IP地址和特殊IP地址
   A類(lèi)：10.0.0.0/8 10.0.0.0 - 10.255.255.255
B類(lèi)：172.16.0.0/12 172.16.0.0 - 172.31.255.255
C類(lèi)：192.168.0.0/16 192.168.0.0 - 192.168.255.255
   本地回環(huán)地址指的是以127開(kāi)頭的地址(127.0.0.1 - 127.255.255.254)川队，通常使用127.0.0.1來(lái)表示。
10. 子網(wǎng)掩碼
    用網(wǎng)線(xiàn)直接連接的計(jì)算機(jī)要能夠相互通訊睬澡，計(jì)算機(jī)必須要在用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)固额。
    他們的網(wǎng)絡(luò)地址必須相同，而且主機(jī)地址必須不一樣煞聪。
    子網(wǎng)掩碼就是判斷網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)在不在同一網(wǎng)絡(luò)斗躏。
11. 子網(wǎng)掩碼計(jì)算規(guī)則
    IP地址1：192. 168. 1. 1
11000000. 10101000. 00000001. 00000001
IP地址2：192. 168. 1. 200
11000000. 10101000. 00000001. 11001000
    子網(wǎng)掩碼：255. 255. 255. 0
11111111. 11111111. 11111111. 00000000
    將IP地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行與運(yùn)算，如果結(jié)果相同昔脯，則可以通訊啄糙。
    
    image.png
12. 路由器
    路由器(Router)又稱(chēng)為網(wǎng)關(guān)設(shè)備(Gateway)，用于連接多個(gè)邏輯上分開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)備云稚，當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)子網(wǎng)時(shí)隧饼，可以通過(guò)路由器的路由功能完成。
    
    image.png
13. 路由表
    直連路由：設(shè)備和設(shè)備接口間相連的路由
    靜態(tài)路由：手動(dòng)配置的路由
    動(dòng)態(tài)路由：通過(guò)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議學(xué)習(xí)的路由
14. ARP協(xié)議
    ARP(Address Resolution Protocol)是個(gè)地址解析協(xié)議静陈。
    在網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)燕雁，源主機(jī)的應(yīng)用程序知道目的主機(jī)的IP地址和端口號(hào)，卻不知道目的主機(jī)的硬件地址窿给，而數(shù)據(jù)包首先是被網(wǎng)卡接收到再去處理上層協(xié)議的贵白，如果接收到的數(shù)據(jù)包的硬件地址與本機(jī)不符率拒，則直接丟棄崩泡。因此在通訊前必須獲得目的主機(jī)的硬件地址。
    在局域網(wǎng)中猬膨，網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際傳輸?shù)氖恰?strong>幀”角撞，幀里面有目標(biāo)主機(jī)的MAC地址呛伴。
    在網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)主機(jī)要和另一個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信谒所，必須要知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址热康。
    地址解析：主機(jī)在發(fā)送幀前將目標(biāo)IP地址轉(zhuǎn)換成目標(biāo)MAC地址的過(guò)程。
    當(dāng)主機(jī)A向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī)B發(fā)送IP數(shù)據(jù)包時(shí)劣领，先在自己的ARP緩沖表中查看有無(wú)主機(jī)B的IP地址姐军。
    如果有，就可以查出其對(duì)應(yīng)的硬件地址尖淘，再將此硬件地址寫(xiě)入MAC幀奕锌，然后通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的主機(jī)中。
    如果查不到主機(jī)B的IP地址的表項(xiàng)村生【可能是主機(jī)B才接入網(wǎng)絡(luò)，也可能是主機(jī)A和主機(jī)B沒(méi)有通信過(guò)趁桃，這時(shí)想要通信辽话，則必須通過(guò)ARP協(xié)議解析。
    ARP進(jìn)程在本局域網(wǎng)上廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求卫病。ARP請(qǐng)求的主要內(nèi)容是表明： 我的IP地址是192.168.1.1油啤，我的硬件地址是00-00-C0-15-AD-18。我想知道 IP地址為192.168.1.100的主機(jī)的硬件地址忽肛。
    在本局域網(wǎng)上的所有主機(jī)都收到此ARP請(qǐng)求村砂。
    主機(jī)B在ARP請(qǐng)求中見(jiàn)到自己的IP地址，就向主機(jī)A發(fā)送ARP響應(yīng)屹逛，并寫(xiě)入自己的硬件地址础废。其余的所有主機(jī)都不理睬這個(gè)ARP請(qǐng)求。
    雖然ARP請(qǐng)求是廣播發(fā)送的罕模，但ARP響應(yīng)是普通的單播评腺，即從一個(gè)源地址發(fā)送到一個(gè)目的地址。

2.4 傳輸層編程

2.5 應(yīng)用層編.