学习指导

1.Python 学习资料

1. 廖雪峰的官方网站

http://www.liaoxuefeng.com/wiki/001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000

2. Python快速教程

http://www.cnblogs.com/vamei/archive/2012/09/13/2682778.html

3. python 帮助

2.TCPIP基础学习

2.1 TCPIP协议分层

2.1.1 分层原理

发送端： 程序员编写的应用程序通过socket 函数库的使用， 比如调sendto 或者send或者write ， 这些函数在操作系统的用户态空间，进入操作系统的系统调用，调操作系统的sys_xxx 函数，进入操作系统的内核态。

内核态的网络子系统（专门处理网卡、TCPIP协议的代码）， sys_sendto 判断 是UDP还是TCP，如果是TCP，则调 TCP_output 函数，TCP_output负责填写TCP首部的数据，比如发送方的端口号和接收方的端口号、以及校验和（简单校验，防止数据错误）。

紧接着进入IP层处理，调IP_output，查找路由（因为设备可能有多个网卡， 那怎么选择？ 根据目的IP地址来选路，类似于查地图，找到哪个网卡）， IP_output 填写发送者的IP地址和接收者的IP地址信息。

IP层首部按固定格式填好之后，那么就进入链路层（由物理层所决定，早起有的设备并没有网卡，有的是直连的电话线或者串口等设备， 而网卡的设备识别ID是MAC地址， 6个字节。）

不同的链路层处理函数是不同的，如果是网卡，则是ethernet_output, 链路层的处理则是需要填写自己的MAC地址和对方的MAC地址。 对方的MAC地址从哪里来？后面会讲到。

链路层获取到对方的MAC地址后，就把报文按固定格式填好，这个时候，所有的数据都按固定格式组装完毕， 调网卡的驱动程序的函数 physic_send 发送（会触发软中断或者加入队列，写一个消息，CPU后续从网卡获取数据发送出去。）

接收端：

接收端网卡收到数据后，触发了中断， 报文的内容被写入一个队列中，触发一个软中断， 操作系统的内核线程会去读取队列中的数据。读到数据后，先解析是以太网的格式还是其他物理设备的格式。 以太网 的首部是14个字节（目的MAC是自己网卡的，报文才允许接收， 广播报文也默认会接收）

内核线程调ethernet_input函数处理，如果是IP报文，则调 ip_input函数，进行IP首部报文正确性检查，如果目的IP地址属于自己某个网卡的，则是属于自己设备的报文，如果不是，要转给其他设备（类似于路由器）（实际情况，判断报文是不是自己设备，不是根据IP地址，而是根据路由表，后续再讲）

IP_input 检查报文中的 8位协议号 信息，如果是TCP 就调tcp_input函数处理，如果是udp，则调udp_input函数处理，如果是ping报文（准备叫法是icmp），则调icmp_input函数处理。

最后tcp_input或者udp_input讲报文入了tcp或者udp的数据队列中，等程序员写的socket程序 调recv或者recvfrom函数把数据读走，继续用于自己的数据解析，如，如果是HTTP报文，则进行http报文解析处理。

2.1.2 Ping 的原理说明

Ping 是一个应用程序，是通过socket 编程实现的， 通过创建一个raw socket。

socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, icmp)

通过代码 构造IP首部、ICMP首部，将报文发送出去。

ICMP 请求 报文 8位类型和8位代码是8和0

而ping的应答报文 的type code是0和0

举例 PC1 192.168.2.1 执行ping 的应用程序，发送报文给 PC3 192.168.2.3

而实际上PC3 192.168.2.3上是没有启动应用程序的，但是结果能ping 通？ 原因是？

PC3 中 操作系统的内核收到ICMP 请求报文后， 直接进行了ICMP应答，即这个报文不会到达应用程序（因为不需要？只需要知道这个IP地址真实存在就OK了） ，但是这个应答报文需要 送给PC1 的应用程序？ 为什么？ 因为ping 是应用程序发送出来的，那么应用程序必然需要知道到底是成功还是失败或者超时了。

2.1.3 Wireshark抓取 www.huawei.com 的报文

打开 wireshark ，选择真实的物理网卡

鼠标选择报文某个字段， 右键 选择 apply as filter

可以选择性报文，

同时也可以 && tcp 或者&& http 选择报文类型抓包

2.1.4 上网的完整原理

1. 宽带办理

家庭A和家庭B 属于一个小区的两家用户 ，分别办理了宽带。

家庭A的路由器和家庭B的路由器 通电后，会发送广播报文（这个时候还没有IP地址） 发送给电信的交换机（交换机转给电信路由器） ，电信路由器对 家庭A/B路由器响应， 家庭A/B 将用户名和密码填写到报文里面， 电信路由器收到报文后，根据密码进行判断，如果在自己的用户名列表且密码正确，则给每家分配一个IP地址，IP地址是201.1.1.10和201.1.1.20 ，同时在报文里面将DNS服务器 114.114.114.11的地址带给A/B

结合实际家里的路由器举例：

在浏览器输入192.168.1.1 可以查看自己家路由器的信息

10.68.166.75 就是电信路由器给家庭分配的IP地址；

10.64.0.10 和10.64.0.100 是电信路由器在分配IP地址的过程中携带回来的DNS服务器IP， 相当于组网图中的114.114.114.114

2. 手机和电脑的IP地址从哪里来的？

手机和电脑的IP的地址是从自己的路由器分配的（当然也可以手动配置IP地址，但是管理起来比较复杂），采用的是DHCP 自动分配IP地址。 比如，查看自己的电脑

点 开始 --à运行

输入 ipconfig /all

备注： 通常情况下 自己家路由器的DNS server 也是192.168.1.1 ，这里的114.114.114.114是我修改的，有时候网页访问出现问题，和DNS 有关。

手机和电脑开机后，通过DHCP协议（后续再讲）从家庭路由器 192.168.1.1 中获取IP地址和DNS服务器的IP地址，得到192.168.1.10/192.168.1.20，并得到DNS 服务器192.168.1.1

3. DNS获取

手机 开始上网 浏览器输入www.google.com

互联网访问时基于IP地址的，这个时候需要获取www.google.com对应的真实IP地址。

手机检查本地系统DNS缓存有没有google的历史记录，如果没有，就向 自己的家庭路由器 192.168.1.1 这个IP地址发送DNS 请求查询（请告诉我 google的IP） , 家庭路由器 看看自己的DNS缓存有没有，如果没有，就向电信的DNS服务器 114.114.114.114 查询（请告诉我 google的IP）， 如果电信DNS也没有，即向国际顶级DNS 服务器8.8.8.8(备注： 8.8.8.8实际是google的DNS服务器，这里只是举例)， 只要开通了DNS注册，交钱的国际企业在 顶级域名是有记录的（除非只在某个范围内生效）。 最终手机就可以获取到www.google.com IP地址是图中9.9.9.20。

那么手机就可以将 192.168.1.1 发给 9.9.9.20 的http报文发送出去。

4 .报文通过路由器转发

手机 访问 9.9.9.20(google)的http报文 ，

手机 à 家庭路由器

源IP地址是192.168.1.10 ，目的IP地址是9.9.9.20 ； 这里有个问题： 别人家也有一个192.168.1.10，那么google的服务器怎么知道是谁家的 192.168.1.10?

数据在互联网上传输，肯定是需要一个唯一的IP地址，那么对每家来说，唯一的IP地址是电信分配的。也就是说，每家只能用自己的IP地址作为源IP地址。

那么我家里有多台手机和电脑，怎么办？

手机1 192.168.1.10: 789 à 9.9.9.20: 80 被家庭路由器SNAT 成 201.1.1.10: 123à 9.9.9.20: 80

电脑1 192.168.1.20: 678 à 9.9.9.20: 80被家庭路由器SNAT 成 201.1.1.10: 124à 9.9.9.20: 80

也就是说，数据出了自己的路由器，整个过程源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号都是不变的，直到到达google， google返程 分别回给201.1.1.10:123和201.1.1.20:124

数据到达家庭路由器后，重新把目的IP地址换回192.168.1.10和192.168.1.20。最终完成数据的传输过程。

3 TCPIP学习

3.1 ARP学习基础

3.1.1 ARP报文

以太网是根据MAC地址识别的。

PC1 学习到了PC3 的MAC地址，才可以发送报文，否则无法ping通，比如把 PC3移除。

192.168.2.1 向 192.168.2.3 发送 ARP报文，根据ARP的报文格式

类型 0x0800表示 ARP报文 。

发送ARP请求，只知道 自己的MAC地址，自己的IP地址， 对方的IP地址，但是不知道对方的MAC地址。 相当于 我要找人，这个人在我视线范围，但是我不认识他。那么我喊一下（广播），让所有的人都能听到。 目的MAC地址填 ff-ff-ff-ff-ff-ff 。

所有收到的人 判断一下是不是自己的IP地址，如果是自己的IP地址，那么就单播应答一下。

这样一来，双方都能知道对方的MAC地址。 记录到内存里面。因为下一个使用的时候不需要重新发送报文，提高效率。 但是如果一直不再给对方发送数据，也不知道对方还在不再。那么又存在浪费内存的情况。最好的方式是设置一个超时时间，默认20分钟。 如果20分钟到了，再重新发送一次，如果能学习到，说明还在，继续保留这个表象。

在Windows7上 运行 开始 cmd 输入 arp –a 可以观察到这个表项

3.1.2Hub和交换机的区别

Hub组网， PC1 ping PC3 ，在 PC2上可以抓到所有报文

但是把HUB换成交换机， PC1 ping PC3， 在PC2上只能抓到ARP请求报文（确切说是广播报文）

为什么?

3.1.3 路由器组网下的ARP学习

组网如图，启动三个设备

双击 路由器

给路由器配置IP地址

<Huawei>sys

[Huawei]interface Ethernet 0/0/0

[Huawei-Ethernet0/0/0]ip address 192.168.1.1 24

[Huawei-Ethernet0/0/0]q

[Huawei]interface ethernet0/0/1

[Huawei-Ethernet0/0/1]ip address 192.168.2.1 24

在PC1 192.168.1.10 上ping PC2 192.168.2.20

如果没有路由器， PC1和PC2是不同网段， 是ping 不通的。如果换成交换机或者HUB，也是ping 不通的。 跨网段必须需要一个路由器来转发（备注：这里的交换机指二层交换机，三层交换机具备路由器的特征，可以三层转发； 二层表示是同一个网段）

观察，为什么PC1 没有PC2的MAC地址？ 而只有路由器192.168.1.1的MAC地址？

3.2 观察windows 上的路由表

3.3路由的选路过程

3.4 DHCP 的过程

3.3 TCP的报文交互

4 socket编程(python)

Server.py

Client.py