网络编程（1）

概念

局域网

• 同一局域网内的机器由交换机负责通信。
• 交换机只识别mac地址，交换机可以完成广播、单播、组播。
• arp协议：通过一台机器的IP地址获取到它的mac地址，用到交换机的广播和单播。
  一台计算机想向同一局域网内的另一个计算机通信必须通过交换机，先向交换机发送自己的IP和mac地址，交换机通过广播向所有计算机发送信息，只有对应计算机会应答并向交换机发送自己的mac地址，从而实现同一局域网内的通信。

局域网之间通信

• 局域网之间通信通过路由器。
• 路由器可识别IP地址，并且路由器提供网关IP，同一个局域网的所有机器共享一个网关IP。
• 每个局域网有一个网段，路由器内有路由表，一个网关IP对应一个网段。

IP地址

• IPV4：点分十进制（0.0.0.0 - 255.255.255.255）
• 公网地址：需要申请购买
• 内网地址：保留字段
  • 192.168.0.0 - 192.168.255.255 学校
  • 172.16.0.0 - 172.31.255.255 学校
  • 10.0.0.0 - 10.255.255.255 公司
• 127.0.0.1为本地回环地址，通常用于测试。
• 查看自己的IP地址：ipconfig(Windows)/ifconfig(Mac/Linix)
• 子网掩码：为一个IP地址，用于判断两台机器在不在同一局域网内，采用二进制相与的方法，当相与结果相同则在同一局域网内。

网络开发架构

C/S架构

• 需要安装才可使用

• client：客户端，server：服务端

• 离线可使用，功能更完善，安全性更高

    # 基于tcp
    # server端
    import socket
    sk = socket.socket()
    sk.bind(('127.0.0.1', 5002)) # 5002是端口
    # 打开监听模式
    sk.listen()
    # 建立连接，conn是连接，addr是连接的地址
    conn, addr = sk.accept()
    # 发送信息
    conn.send(b'Hello, I am server')
    # 最多接收1024字节
    msg = conn.recv(1024)
    print(msg)
    print(addr)
    conn.close() # 关闭连接
    sk.close() # 关闭整个服务
    #########################################
    # client端
    import socket
    sk = socket.socket()
    # 建立连接
    sk.connect(('127.0.0.1', 5002))
    # 接收信息
    msg = sk.recv(1024)
    print(msg)
    # 发送信息
    sk.send(b'Hello, I am client')
    sk.close() # 关闭连接
  

B/S架构

• 不用安装就可使用
• browser：浏览器，server：服务端
• 其中B/S也是C/S架构的一种

OSI五层协议

• 应用层：应用程序（python）
• 传输层：port，udp/tcp，四层路由器，四层交换机
• 网络层：ipv4/ipv6，路由器，三层交换机
• 数据链路层：mac，arp协议，网卡，二层交换机
• 物理层

tcp和udp

• tcp：需要建立连接才能通信

  • 占用连接，可靠（信息不会丢失），实时性高
  • 建立连接：三次握手（建立全双工通信）
  • 断开连接：四次挥手

• udp：不需要建立连接就可以通信

  • 不占用连接，不可靠（消息因为网络不稳定丢失）

  • 需要用到.recvfrom（可接收信息和IP）和.sendto（发送信息需附带IP地址）。

    # server端
    # 一服务端对多客户端通信
    # 服务端不用主动退出，由客户端收发消息进行退出
    import socket
    sk = socket.socket(type = socket.SOCK_DGRAM) # 默认参数是tcp，此参数为udp
    sk.bind(('127.0.0.1', 5002))            
    while True:
        # 不能先发送，因为不知道接收端地址信息，只能等待接收，并且必须接收到客户端的地址
        msg_r, addr = sk.recvfrom(1024)
        print(addr)
        print(msg_r.decode('UTF-8'))
        msg_s = input(">>>")
        sk.sendto(msg_s.encode('UTF-8'), addr)
    ################################################
    # client端
    import socket
    sk = socket.socket(type = socket.SOCK_DGRAM)
    # 传入服务端地址
    server = ('127.0.0.1', 5002)
    while True:
        msg_s = input(">>>")
        sk.sendto(msg_s.encode('UTF-8'), server)
        if msg_s == "拜拜": break
        # 接收服务端的信息，由于知道服务端地址所以不需要recvfrom
        msg_r = sk.recv(1024)
        if msg_r.decode('UTF-8') == "拜拜": break
        print(msg_r.decode('UTF-8'))
    

• 粘包现象

  • 只出现在tcp协议中，因为tcp协议的多条信息之间没有边界，并且有优化算法。
    tcp协议发送数据大小没有上限，当数据过大时会将数据进行拆分，所以多条消息之间没有边界

  • 发送端：两条消息都很短，发送间隔时间也非常短导致。

  • 接收端：多条消息由于没有及时接收，接收端缓存堆在一起导致。

  • 解决办法：设置边界
    自定义协议：发送端统计长度，每次将长度固定为n字节发送

    # server端同时发送两条消息
    msg_s1 = input(">>>")
    msg_s2 =input(">>>")
    lens = str(len(msg_s1)) # 统计msg_s1的长度，ziff传入数据应为str，所以要转成str
    len = lens.zfill(4) # 将收集到的长度大小统一扩至4字节，例如msg_s1长度为6字节，则为0006
    conn.send(len.encode('UTF-8')) # 将长度信息发送出去
    conn.send(msg_s1.encode('UTF-8'))
    conn.send(msg_s2.encode('UTF-8'))
    
    # clien端接收
    len = int(sk.recv(4).decode('UTF-8')) # 接收长度信息
    msg_r1 = sk.recv(len)
    msg_r2 = sk.recv(1024)
    print(msg_r2.decode('UTF-8'))
    print(msg_r1.decode('UTF-8'))
    ###############################################################
    # struct方法
    # server端同时发送两条消息
    msg_s1 = input(">>>")
    msg_s2 =input(">>>")
    lens_byte = struct.pack('i', len(msg_s1)) # 可以将数据转成固定4字节
    conn.send(lens_byte)
    conn.send(msg_s1.encode('UTF-8'))
    conn.send(msg_s2.encode('UTF-8'))
    
    # clien端接收
    lens_byte = sk.recv(4)
    len = struct.unpack('i', lens_byte)[0] # unpack返回值为元组，第一位即为长度信息
    msg_r1 = sk.recv(len)
    msg_r2 = sk.recv(1024)
    print(msg_r1.decode('UTF-8'))
    print(msg_r2.decode('UTF-8'))