网络编程基础

网络编程基础

一、架构分类：

• C/S架构：client客户端和server服务端
• B/S架构：browser浏览器和server服务端

B/S架构隶属于C/S架构，C/S架构的优势是可以充分的调度PC机的性能，但是B/S架构的优势是统一了接口。

二、网络通信基础

• 局域网与交换机的通信原理
  

• ip地址：用来标记电脑用于识别，并且不允许重复。在网络通信中可以在传递信息的时候通过ip地址识别出接收方。

  • mac和linux通过命令行终端输入ifconfig来查看ip地址，Windows在命令行中通过ipconfig来查看
  • linux中命令行关闭网卡：sudo ifconfig 网卡名 down， 开启网卡：sudo ifconfig 网卡名 up
  • ip版本：
    • ip v1-v3：实验版本
    • ip v4:地址由四组数组成，每组数由逗号隔开，每组数中的最大值是255，最小值为0。ip地址组合的后最大ip地址数量：256256256*256，已经分配完，但是网络需求越来越大。
    • ip v5:实验版本
    • ip v6:为了解决ip地址不够的问题，但是ip v6普及率还不够。
  • ip的组成：192.168.33.xx，由网络号和主机号两部分组成。
    • 版本一：前三组标记网络号，后边一组是主机号，网络号相同的情况下主机号绝对不能一样。每一组号码从0-255，理论上这个网络好可以容纳256个主机，但是需要注意的是主机号不能有两个数字不能用:0和255。
    • 版本二：前两组为网络号，后两组为主机号，理论上的主机号数量为：256*256=65536
    • 版本三：第一组为网络号，后三组为主机号，理论上的主机号数量为：256256256=16777216

    具体使用哪种版本根据具体的人数和需求来定。回环地址：127.0.0.1，表示的是本机，不能连接到其他人

• 端口

  • 端口号是异种骨特殊的网络通道，端口号只有整数，从0到65535

  • 为什么要有端口号：
    在网络通信的过程中，通过ip地址来确定信息发送给/接收自拿一台电脑，在接收到信息后电脑需要确定信息应该转给哪个程序来处理，此时ip地址已经不起作用，需要定义端口号来确定

  • 端口分类：

    • 知名端口：众所周知的端口号，范围从0-1023，80端口分配给HTTP服务，21端口分配给FTP服务。
    • 动态端口：可以随便使用的端口号，范围从1024-65535

• 网络通信发送消息必须具备的具体内容：

  • dest ip:目标ip，用于识别接收信息的电脑
  • src ip:源ip，发送信息的电脑ip，即本机，用于目标ip回传信息时识别本机
  • dest port: 目标端口号，用于识别哪一个软件来接收并处理信息
  • src port: 源端口号，用于识别本机哪一个软件来接收并处理回传的信息
  • content: 网络通信中传送信息的内容

三、socket

• 定义：socket(简称：套接字)是进程之间通信的一种方式，也可以理解为插排。它与其他进程间通信的一个区别是：它能实现不同主机间进程的通信，网络上各种各样的软件基本上都是基于socket来实现通信的。

• 创建套接字的基本格式：

  • 导入socket：import socket
  • 创建套接字：s = socket.socket(AddressFamily, Type)
    • AddressFamily
      • 用于internet间进程的通信，ipv4必须写成socket.AF_INET
      • 用于同一台机器间进程的通信， 必须写成AF_UNIX
      • 实际工作中常用AF_INET
    • Type：套接字类型，可以使用socket.SOCK_STREAM(流式套接字，主要用于TCP通信)或者socket.SOCK_DGRAM(数据报套接字，主要用于UDP协议)。注意大小写。
  • 关闭socket对象：s.close()

• 服务端与客户端实现通信：

  • server:
    • 创建套接字sk
    • sk.bind(('ip地址', 端口号))
    • 设置监听：conn, addr = sk.accept()
    • 接收客户端消息msg_r = conn.recv(接收的字节数).decode('utf-8')，并打印
    • 向客户端发送消息：msg_s = types(input('>>>'.encode('utf-8'))),conn.send(msg_s)
    • 断开连接：conn.close()
    • 关闭套接字:sk.close()

  import socket
  import logging
  logging.basicConfig(
      level = logging.DEBUG,
      format = '%(asctime)s %(filename)s [line: %(lineno)d] %(message)s %(process)d',
      datefmt = '%a, %b, %d, %Y %H:%M:%S',
      filename = '../网络基础/server1.log'
  )
  
  sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  sk.bind(('172.16.12.157', 8003))
  sk.listen()
  conn, addr = sk.accept()
  while 1:
      msg_r = conn.recv(1024).decode('utf-8')
      if msg_r:
          logging.debug('服务端接收一条消息')
          if msg_r == 'q':
              break
          else:
              print(msg_r)
  
      msg_s = bytes(input('>>>>').encode('utf-8'))
      conn.send(msg_s)
      logging.debug('服务端发送一条消息')
  
  conn.close()
  sk.close()
  

  • client:
    • 创建套接字
    • 建立连接：sk.connect(('ip地址', 端口号))
    • 向服务端发送消息：msg_s = types(input('>>>'.encode('utf-8'))),sk.send(msg_s)
    • 接收服务端消息msg_r = sk.recv(接收的字节数).decode('utf-8')，并打印
    • 关闭套接字:sk.close()

  import socket
  import logging
  
  '''创建日志'''
  logger = logging.getLogger()
  # 创建日志对象
  logger.setLevel(logging.DEBUG)
  fh = logging.FileHandler('client1.log', encoding='utf-8')
  sh = logging.StreamHandler()
  # 创建文件和屏幕句柄
  format = logging.Formatter('%(asctime)s %(filename)s [line: %(lineno)d %(message)s %(process)d')
  sh.setFormatter(format)
  fh.setFormatter(format)
  logger.addHandler(sh)
  logger.addHandler(fh)
  
  sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  sk.connect(('172.16.12.157', 8003))
  
  while 1:
      try:
          msg_s = input('>>>>')
          if msg_s == 'q':
              msg_s = bytes(msg_s.encode('utf-8'))
              sk.send(msg_s)
              break
          else:
              msg_s = bytes(msg_s.encode('utf-8'))
          sk.send(msg_s)
      except ValueError:
          print('输入格式不正确，请重新输入')
          msg_s = input('>>>>')
      finally:
          logging.debug('客户端发送一条消息')
      msg_r = sk.recv(1024).decode('utf-8')
      print(msg_r)
      if msg_r:
          logging.debug('客户端接收一条消息')
  
  sk.close()
  
  

注意：服务端发送和接收消息都用的是conn，客户端使用的是套接字sk

四、TCP和UDP协议：

• TCP协议：

  • 特征及使用的场景：
    • 需要先建立连接，然后才能通信
    • 占用连接，可靠性高(消息不会丢失)，实时性高，速度慢
    • 使用的场景：语音/视频聊天、线下缓存高清视频、qq远程控制、发邮件等
  • 建立连接中期间的三次握手：
    • 过程：
      • 客户端向服务端发送建立连接的请求SYN
      • 服务端发送同意ACK，此时客户端向服务端通信的连接已经建立
      • 服务端向客户端发送建立连接的请求SYN
      • 客户端发送同意ACK

      由于服务端向客户端发送的ACK及SYN可以同时发送，所以合并为一条，被成为三次握手。

  

  • 结束连接时的四次挥手：
    • 过程：
      • 主动端发送断开连接的FIN请求
      • 被动端收到请求后发送同意ACK
      • 被动端向主动端发送断开连接的FIN请求
      • 主动端收到后回复同意ACK，断开连接

  

为什么建立连接是三次握手，而断开连接却是四次挥手，为什么不能合并为三次挥手：
因为在三次握手的时候还没有传输数据，可以合并，而四次挥手的时候可能还正在传输数据，如果四次挥手合并为三次会造成数据无法发送或者丢失。

• UDP协议
  特征及使用的场景：
  • 不需要建立连接，就可以进行通信
  • 不占用连接、传输不可靠(因为网络不稳定的原因可能会造成数据的丢失，丢包)、传输的速度很快
  • 使用的场景：在线播放视频、qq/微信发送消息等。