网络编程基石课 : 大话网络协议，探究通信奥秘（高の青）

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发布于 2024-07-05 10:40:31

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发布于 2024-07-05 10:40:31

HTTP（HyperText Transfer Protocol）

简介

HTTP 是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。它是万维网数据通信的基础。

工作原理

请求与响应模型：HTTP 是一个基于请求与响应的协议，客户端（通常是浏览器）发送一个请求，服务器返回一个响应。
无状态协议：HTTP 是无状态协议，每个请求都是独立的，与前后的请求没有直接关系。
请求方法：
- GET：请求资源。
- POST：提交数据以处理请求。
- PUT：上传文件。
- DELETE：删除资源。
- HEAD：获取头部信息。
- OPTIONS：询问服务器支持的 HTTP 方法。
- PATCH：部分更新资源。

数据传输

请求报文：包括请求行、请求头部、空行和请求数据。
响应报文：包括状态行、响应头部、空行和响应数据。

状态码

1xx：信息性状态码（如 101 Switching Protocols）。
2xx：成功状态码（如 200 OK）。
3xx：重定向状态码（如 301 Moved Permanently）。
4xx：客户端错误状态码（如 404 Not Found）。
5xx：服务器错误状态码（如 500 Internal Server Error）。

HTTP 协议代码示例

以下是一个简单的 Python 代码示例，演示 HTTP 服务器和客户端的通信：

HTTP 服务器

from http.server import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServer

class SimpleHTTPRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler):
    def do_GET(self):
        self.send_response(200)
        self.send_header('Content-type', 'text/html')
        self.end_headers()
        self.wfile.write(b'Hello from server')

def run(server_class=HTTPServer, handler_class=SimpleHTTPRequestHandler):
    server_address = ('', 8080)
    httpd = server_class(server_address, handler_class)
    print('Server running on port 8080')
    httpd.serve_forever()

if __name__ == '__main__':
    run()

HTTP 客户端

import requests

def http_client():
    response = requests.get('http://127.0.0.1:8080')
    print(f'Status code: {response.status_code}')
    print(f'Response body: {response.text}')

if __name__ == '__main__':
    http_client()

TCP（Transmission Control Protocol）

简介

TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

工作原理

连接建立：通过三次握手建立连接：
- 客户端发送 SYN 报文。
- 服务器回应 SYN-ACK 报文。
- 客户端回应 ACK 报文，连接建立。
数据传输：使用滑动窗口机制和确认应答确保数据的可靠传输。
连接终止：通过四次挥手关闭连接：
- 一方发送 FIN 报文。
- 另一方回应 ACK 报文。
- 另一方发送 FIN 报文。
- 第一方回应 ACK 报文，连接关闭。

数据传输特点

可靠传输：通过序列号和确认应答机制保证数据不丢失、不重复。
流量控制：通过滑动窗口机制控制数据传输速率。
拥塞控制：通过算法（如慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复）防止网络拥塞。

TCP 协议代码示例

以下是一个简单的 Python 代码示例，演示 TCP 客户端和服务器的通信：

TCP 服务器

import socket

def tcp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind(('0.0.0.0', 8080))
    server_socket.listen(5)
    print('Server listening on port 8080')

    while True:
        client_socket, addr = server_socket.accept()
        print(f'Connection from {addr}')
        data = client_socket.recv(1024)
        print(f'Received data: {data.decode()}')
        client_socket.sendall(b'Hello from server')
        client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    tcp_server()

TCP 客户端

import socket

def tcp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    client_socket.connect(('127.0.0.1', 8080))
    client_socket.sendall(b'Hello from client')
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f'Received data: {data.decode()}')
    client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    tcp_client()

UDP（User Datagram Protocol）

简介

UDP 是一种无连接的、不可靠的传输层协议。

工作原理

无连接：发送方和接收方在通信之前不需要建立连接。
不可靠传输：数据包发送后不保证到达、不保证顺序、不保证无重复。

数据传输特点

轻量级：头部开销小（8 字节）。
低延迟：适用于实时应用（如视频、音频流）。
无流量控制和拥塞控制：不适用于需要可靠传输的应用。

UDP 协议代码示例

以下是一个简单的 Python 代码示例，演示 UDP 客户端和服务器的通信：

UDP 服务器

import socket

def udp_server():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    server_socket.bind(('0.0.0.0', 8080))
    print('Server listening on port 8080')

    while True:
        data, addr = server_socket.recvfrom(1024)
        print(f'Received data: {data.decode()} from {addr}')
        server_socket.sendto(b'Hello from server', addr)

if __name__ == '__main__':
    udp_server()

UDP 客户端

import socket

def udp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    client_socket.sendto(b'Hello from client', ('127.0.0.1', 8080))
    data, addr = client_socket.recvfrom(1024)
    print(f'Received data: {data.decode()}')
    client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    udp_client()

IP（Internet Protocol）

简介

IP 是一种负责在源地址和目的地址之间传输数据包的网络层协议。

工作原理

数据报传输：IP 将数据分成数据报（Datagram）进行传输，每个数据报独立路由。
路由选择：根据 IP 地址在不同网络之间选择最佳路径。
分片与重组：大数据包可能会在传输过程中分片，到达目的地后重组。

数据报结构

头部：包括版本、头部长度、服务类型、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间（TTL）、协议、头部校验和、源地址、目的地址。
数据部分：实际传输的数据。

IP 地址

IPv4：32 位地址，分为网络部分和主机部分。
IPv6：128 位地址，提供更大的地址空间。

工作机制

无连接：每个数据报独立传输。
不可靠：不保证数据报的送达、不保证顺序。

IP 协议代码示例

以下是一个简单的 Python 代码示例，用于解析 IP 数据包：

import socket
import struct

def parse_ip_packet(packet):
    ip_header = packet[:20]
    iph = struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s', ip_header)
    
    version_ihl = iph[0]
    version = version_ihl >> 4
    ihl = version_ihl & 0xF
    ttl = iph[5]
    protocol = iph[6]
    src_address = socket.inet_ntoa(iph[8])
    dest_address = socket.inet_ntoa(iph[9])
    
    print(f'Version: {version}, Header Length: {ihl*4} bytes, TTL: {ttl}')
    print(f'Protocol: {protocol}, Source Address: {src_address}, Destination Address: {dest_address}')

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_IP)
s.bind(("0.0.0.0", 0))
s.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1)
s.ioctl(socket.SIO_RCVALL, socket.RCVALL_ON)

while True:
    packet, addr = s.recvfrom(65565)
    parse_ip_packet(packet)

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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