网络编程基石课 : 大话网络协议，探究通信奥秘（高の青）
原创网络编程基石课 : 大话网络协议，探究通信奥秘（高の青）
原创
百课优用户
发布于 2024-07-05 10:40:31
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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