Python复习笔记（六）网络编程(udp/tcp)
一、网络-udp（用户数据报协议）
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用户数据报协议
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类似写信，不安全，数据有可能丢
1.1 ip地址
注意：
IP地址127.0.0.1 ~ 127.255.255.255 用于回路测试
私有ip地址，不在公网中使用
1.2 端口（重点）
- 端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0~65535（2^16）
- 知名端口：（0~1023）（>1024的随便用）
- 80端口 分配给 HTTP 服务
- 21端口 分配给 ftp 服务
- 动态端口（1024~65535）
1.3 socket简介
1.31 不同电脑上进程之间如何通信
- 利用 ip地址、协议、端口 就可以标识网络的进程了。
- 进程间通信：运行的程序之间的数据共享。
1.32 创建socket
在Python中 使用socket 模块的函数 socket就可以完成：、
import socket
# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp
socket.socket(AddressFamily, Type)
说明：
函数 socket.socket 创建一个 socket，该函数带有两个参数：
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Address Family：可以选择 AF_INET （用于Internet 进程间通信） 或者 AF_UNIX（用于同一台机器进程间通信），实际工作常用 AF_INET
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Type：套接字类型，可以是 SOCK_STREAM（流式套接字，主要用于TCP协议）或者 SOCK_DGRAM（数据报套接字，主要用于UDP协议）
创建一个 tcp socket （tcp套接字）
import socket
# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp
# 创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# ... 这里是使用套接字的功能 (省略)
# 不用的时候，关闭套接字
s.close()
创建一个 udp socket （udp 套接字）
import socket
# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp
# 创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# ... 这里是使用套接字的功能 (省略)
# 不用的时候，关闭套接字
s.close()
说明
- 套接字使用流程
- 创建套接字
- 使用套接字收/发数据
- 关闭套接字
1.4 udp网络程序-发送、接收数据
1.41 udp网络程序-发送程序
import socket
# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp
# 1. 创建udp的套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 2. 准备接收方地址
# '192.168.43.74' 表示目标ip地址
# 8080表示目的端口
dest_addr = ('192.168.43.74', 8080) # 注意 是元组，ip是字符串，端口是数字
# 3. 从键盘获取数据
send_data = input("请输入要发送的数据：")
# 4. 发送数据到指定的电脑上的指定程序中
udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)
# 不用的时候，关闭套接字
udp_socket.close()
注意：可以用NetAssist测试
1.42 udp网络程序—接收程序 (绑定实例)
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Fri Mar 1 22:25:32 2019 @author: Douzi """ import socket def main(): # AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp # 1. 创建udp的套接字 udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 2. 绑定一个本地信息 '192.168.43.74' local_addr = ("", 7788) # 注意 是元组，ip是字符串，端口是数字 udp_socket.bind(local_addr) # 必须绑定自己电脑的ip以及port,其他的不行 # 3. 等待接收对方发送的数据 recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) #1024表示本次接收的最大字节数 # recv_data这个变量中存储的是一个元组(接收到的数据, (发送方ip, port)) recv_msg = recv_data[0] send_addr = recv_data[1] # 4. 显示接收到的数据------------ print(recv_data) print(recv_msg.decode("gbk")) print(send_addr) # 关闭套接字 udp_socket.close() if __name__=="__main__": main()
1.43 聊天程序
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Sat Mar 2 20:54:38 2019 @author: Douzi """ import socket def send_msg(udp_socket): """发送消息""" # 获取内容 dest_ip = input("输入ip: ") dest_port = int(input("输入对方port:")) send_data = input("输入发送数据:") udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), (dest_ip, dest_port)) def recv_msg(udp_socket): recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) print("%s:%s " % (str(recv_data[1]), recv_data[0].decode("utf-8"))) def main(): # 创建套接字 udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 绑定信息 udp_socket.bind(("", 10000)) # '192.168.43.74' while True: print("0----发送消息") print("1----接收消息") print("2----退出") op = input("输入功能: ") if op == "0": # 发送 send_msg(udp_socket) elif op == "1": # 接收并显示 recv_msg(udp_socket) else: return if __name__=="__main__": main()
二、TCP
2.1 简介（传输控制协议）
- TCP协议，传输控制协议(Transmission Control Protocol)
- 类似打电话
- TCP通信需要经过 创建连接、数据传送、终止连接 三个步骤。
2.2 特点（安全复杂）
1. 面向连接
2. 可靠传输
- TCP采用发送应答机制
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超时重传
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发送端发出一个报文段之后，就 启动定时器，如果在定时时间没有收到应答就重新发送这个报文段
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TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的 按序接收，然后 接收端实体 对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的 往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失，将会进行重传。
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错误校验
- TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。
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流量控制和阻塞管理
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流量控制用来避免主机发送得快而使接收方来不及完全收下
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TCP和UDP的不同点
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面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才做传输）
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有序数据传输
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重发丢失的数据包
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舍弃重复的数据包
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无差错的数据传输
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阻塞/流量控制
2.3 tcp客户端（重点）
2.31 tcp客户端构建流程
示例代码：
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Sun Mar 3 14:14:03 2019 @author: Douzi """ import socket def main(): # 1.创建socket tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 2.链接服务器 # server_ip = input("输入服务器ip:") # server_port = int(input("输入服务器port:")) # tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port)) tcp_client_socket.connect(("192.168.43.74", 8080)) # 提示用户输入数据 send_data = input("输入数据: ") tcp_client_socket.send(send_data.encode("gbk")) # 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节 recvData = tcp_client_socket.recv(1024) print("接收到的数据: ", recvData.decode("gbk")) # 关闭套接字 tcp_client_socket.close() if __name__=="__main__": main()
2.4 tcp服务器（重点）
流程如下：
1. socket创建一个套接字
2. bind绑定ip和port
3. listen使套接字变为 可以被动链接（监听套接字 负责 等待有新的客户端进行链接）
4. accept等待客户端的链接 （accept 产生新的套接字 用来为客户端服务）
5. recv/send接收发送数据
一个简单的tcp服务器如下：
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Sun Mar 3 14:55:42 2019 @author: Douzi """ import socket def main(): # 创建套接字 tcp_socket_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 绑定本地信息 bind tcp_socket_server.bind(("192.168.43.74", 6677)) # 让默认的套接字由主动变为被动 listen，这样就可以接收别人的链接了 tcp_socket_server.listen(128) # 等待客户端的链接accept # client_socket用来为这个客户端服务 # tcp_socket_server就可以省下来专门等待其他新客户端的链接 client_socket, clientAddr = tcp_socket_server.accept() # 接收对方发送过来的数据 recv_data = client_socket.recv(1024) # 接收1024个字节 print('接收到的数据: ', recv_data.decode('gbk')) # 发送一些数据到客户端 client_socket.send("Douzi is cute".encode('gbk')) # 关闭套接字 client_socket.close() if __name__=="__main__": main()
为多个客户端服务
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Sun Mar 3 14:55:42 2019 @author: Douzi """ import socket def main(): # 创建套接字(买个手机) tcp_socket_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 绑定本地信息 bind (插入手机卡) tcp_socket_server.bind(("192.168.43.74", 6677)) # (将手机设置为响铃)让默认的套接字由主动变为被动 listen，这样就可以接收别人的链接了 tcp_socket_server.listen(128) while True: print("等待一个新的客户端的到来....") # 等待客户端的链接accept (等待别人的电话) # client_socket用来为这个客户端服务 # tcp_socket_server就可以省下来专门等待其他新客户端的链接 client_socket, client_addr = tcp_socket_server.accept() print(client_addr) # 为同一个客户端服务多次 while True: # 接收对方发送过来的数据 recv_data = client_socket.recv(1024) # 接收1024个字节 print('接收到的数据: ', recv_data.decode("gbk")) # 如果recv 解堵塞，那么有2种方式: # 1. 客户端发送过来数据 # 2. 客户端调用close导致了 这里recv解堵塞 if recv_data: # 回送一部分数据到客户端 client_socket.send("Douzi is cute".encode('gbk')) else: break # 关闭套接字 client_socket.close() print("已经服务完毕....") tcp_socket_server.close() if __name__=="__main__": main()
2.5 案例：文件下载器
文件下载的服务器
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Sun Mar 3 17:46:37 2019 @author: Douzi """ import socket import sys def get_file_content(file_name): """获取文件内容""" try: with open(file_name, "rb") as f: content = f.read() return content except: print("没有下载的文件: %s" % file_name) def main(): if len(sys.argv) != 2: print("请按如下方式运行: python3 xxx.py 7890") return else: # 运行方式 port = int(sys.argv[1]) # 创建socket tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 本地信息, port: 7890 address = ("192.168.43.74", port) # 绑定本地信息 tcp_server_socket.bind(address) # 将主动套接字变为被动套接字 tcp_server_socket.listen(128) while True: # 等待客户端的链接，即为这个客户端发送文件 client_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept() # 接收对方发送过来的数据 recv_data = client_socket.recv(1024) file_name = recv_data.decode("utf-8") print("客户端需要下载的文件名为:%s" % file_name) file_content = get_file_content(file_name) # 发送文件的数据给客户端 # 因为获取打开文件时是以rb方式打开，所以file_content中的数据已经是二进制的格式 # 所以不需要encode if file_content: client_socket.send(file_content) # 关闭这个套接字 client_socket.close() isOK = input("继续吗?Y/N") if isOK == "Y": break # 关闭监听套接字 tcp_server_socket.close() if __name__=="__main__": main()
文件下载的客户端
# -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Sun Mar 3 19:34:20 2019 @author: Douzi """ import socket def main(): # 创建socket tcp_socket_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 目的信息 server_ip = "192.168.43.74" # 服务器的ip server_port = 7891 # 服务器的port # 链接服务器 tcp_socket_client.connect((server_ip, server_port)) # 输入需要下载的文件名 file_name = input("输入要下载的文件名: ") # 发送文件下载请求 tcp_socket_client.send(file_name.encode("utf-8")) # 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节 (1k) # 1024--1k, 1024*1024--1M,1024*1024*1024--1G recv_data = tcp_socket_client.recv(1024*1024) # print('接收到的数据', recv_data.decode('utf-8')) # 如果接收到数据再创建文件，否则不创建 if recv_data: with open("[接收]"+file_name, "wb") as f: f.write(recv_data) # 关闭套接字 tcp_socket_client.close() if __name__=="__main__": main()
2.6 tcp注意点
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tcp服务器 一般需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
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tcp客户端 一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip，port等信息就好，本地客户端可随意
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tcp服务器通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变成被动的，这是做tcp服务器必须要做的
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当客户端需要链接服务时，服务器端会有1个新的套接字，这个套接字用来标记这个客户端，单独为这个客户端服务
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listen后的套接字是被动套接字，用来接收 新的客户端 的链接请求，而accept返回的新套接字，是标记这个新客户端的。
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关闭 listen 后的套接字 意味着 被动套接字被关闭了，会导致新的客户端不能够链接服务器，但是之前已经链接成功的客户端正常通信
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关闭 accept 返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕。
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当客户端的套接字 调用close后，服务器端会recv解阻塞，并且返回的长度为0，因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线。
| udp | tcp:client | tcp:server |
| socket | socket | socket |
| bind | connect | bind() |
| sendto/recvfrom | send/recv | listen(128) |
| close | close | accept: client_socket, client_addr |
| recv/send | ||
| close |
三. tcp的3次握手、4次挥手(重点 !)
- syn：标记请求的第一次
- ack：应答
3.1 3次握手
业务开始（客户端先请求）
3.2 4次挥手
业务结束后，关闭（客户端先关）
服务器先关闭，需要等待2-5分钟
设置当前服务器先close 即服务器4次挥手后资源能够立即是否，这样就保证了。下次运行程序时，可以立即执行
tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
