python_fullstack基础(十七)-网络编程

网络编程

一、网络初识

1、何为IP地址：

①IP地址是指互联网协议地址(英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址)，是IP Address的缩写

②IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异

③IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”(也就是4个字节)

④IP地址通常用“点分十进制”表示成(a.b.c.d)的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数

• 例：点分十进IP地址(192.168.5.6)，实际上是32位二进制数(01100100.00000100.00000101.00000110)

2、何为端口(port)

①”端口”是英文port的意译，可以认为是设备与外界通讯交流的出口

3、osi七层模型

4、何为套接字(socket)

Socket是应用层与TCP/IP协议簇通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。 

5、套接字家族

①基于文件类型

套接字家族的名字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

②基于网络类型

套接字家族的名字：AF_INET

(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，
python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

6、tcp协议、udp协议

①TCP(Transmission Control Protocol)可靠的、面向连接的协议(eg:打电话)、传输效率低全双工通信(发送缓存&接收缓存)、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；电子邮件、文件传输程序。

②UDP(User Datagram Protocol)不可靠的、无连接的服务，传输效率高(发送前时延小)，一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)

二、套接字（socket）初始使用

1、基于TCP协议的socket

①server端

import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1', 8088))
sk.listen()
conn, addr = sk.accept()
while True:
    res = conn.recv(1024).decode('utf-8')
    if res == 'bye':
        break
    else:
        print(res)
    info = input('请输入：
>>>').encode('utf-8')
    conn.send(info)
conn.close()
sk.close()

②client端

import socket

sk= socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1', 8088))
while True:
    info = input('请输入：
>>>').encode('utf-8')
    sk.send(info)
    res = sk.recv(1024).decode('utf-8')
    if res == 'bye':
        break
    else:
        print(res)
sk.close()

③对于Address already in use的情况，可以加入socket配置重用ip和端口

import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址绑定到套接字
sk.listen()          #监听链接
conn,addr = sk.accept() #接受客户端链接
ret = conn.recv(1024)   #接收客户端信息
print(ret)              #打印客户端信息
conn.send(b'hi')        #向客户端发送信息
conn.close()       #关闭客户端套接字
sk.close()        #关闭服务器套接字(可选)

④一个服务端与多个客户端交互示例

• 服务端

import socket

sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1', 8088))
# listen([backlog])中的[backlog]参数代表服务端允许多少客户端连接到服务端，即阻塞队列长度，所以一共能与服务器连接的客户端共有backlog+1个
sk.listen(3)
while True:
    conn, addr = sk.accept() # sk.accept()放在循环内部是为了每次与同一个客户端交互结束后会重新建立conn连接，以便下一个客户端连入
    res = conn.recv(1024).decode('utf-8')
    if res == 'bye':
        break
    else:
        print('收到',res)
    info = input('请输入>>>').encode('utf-8')
    conn.send(info)
    conn.close() # 同上面sk.accept()的作用
sk.close()

• 客户端(可以多个客户端逐个与服务端进行通讯)

import socket

sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1', 8088))
while True:
    info = input('请输入>>>').encode('utf-8')
    if info == 'bye':
        break
    else:
        sk.send(info)
    res = sk.recv(1024).decode('utf-8')
    print(res)
sk.close()

2、基于UDP协议的socket：不可靠 无连接，效率高

①server端

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
udp_server_client.bind(ip_port)
while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(msg,addr)
    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

②client端

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
while True:
　　msg=input('>>: ').strip()
　　if not msg:continue
　　udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
　　back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
　　print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

③模拟QQ聊天

• server端

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1', 8888))
while True:
    msg, addr = sk.recvfrom(1024)
    print('消息地址：' + addr)
    if msg.decode('utf-8') == 'bye':
        break
    else:
        print(msg.decode('utf-8'))
    info = input('>>>').encode('utf-8')
    sk.sendto(info, addr)
sk.close()

• client端(可以多个客户端逐个与服务端进行通讯)

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
ip_port = ('127.0.0.1', 8888)
while True:
    info = input('client：')
    info = ('33[33m来自client的消息 ：%s33[0m' % info).encode('utf-8')
    sk.sendto(info, ip_port)
    msg, addr = sk.recvfrom(1024)
    if msg.decode('utf-8') == 'bye':
        break
    else:
        print(msg.decode('utf-8'))
sk.close()

④客户端请求日期时间格式，服务器端接收到请求后发送至客户端

• server端

import socket
import time

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8888))
while True:
    msg,addr = sk.recvfrom(1024)
    if msg.decode('utf-8') == 'bye':
        break
    else:
        print(msg.decode('utf-8'))
    str_time = time.strftime(msg.decode('utf-8')).encode('utf-8')
    sk.sendto(str_time,addr)
sk.close()

• client端

import socket
import time

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
while True:
    format_type = input('请输入想要的格式(或者直接回车默认格式)：>>>').strip()
    if format_type.lower() == 'bye':
        break
    elif format_type:
        sk.sendto(bytes(format_type,encoding='utf-8'),('127.0.0.1',8888))
    else:
        print('你没输入格式，那就默认啦！%Y-%m-%d %H-%M-%S')
        sk.sendto(b'%Y-%m-%d %H-%M-%S',('127.0.0.1',8888))
    msg, addr = sk.recvfrom(1024)
    print(msg.decode('utf-8'))
sk.close()

3、黏包

①产生原因：粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。

②特点：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

③产生黏包的两种情况

• 发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一起，产生粘包 
  
  • 服务端

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)
conn,addr=tcp_socket_server.accept()
data1=conn.recv(10)
data2=conn.recv(10)
print('----->',data1.decode('utf-8'))
print('----->',data2.decode('utf-8'))
conn.close()

• 客户端

import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)
s.send('hello'.encode('utf-8'))
s.send('feng'.encode('utf-8'))

接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收（客户端发送了一段数据，服务端只收了一小部分，服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包） 

• 服务端

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)
conn,addr=tcp_socket_server.accept()
data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的
print('----->',data1.decode('utf-8'))
print('----->',data2.decode('utf-8'))
conn.close()

• 客户端

import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)
s.send('hello feng'.encode('utf-8'))