07_01、网络编程

一、软件开发架构

1、C/S架构

    C:   client 客户端
    S：server 服务端

客户端可以有多个
服务端需要具备的两大特征：
　　1. 24小时对外提供服务
　　2. 必须要有一个公网IP地址

2、B/S架构

    B: browser 浏览器
    S: server 服务端

本质上B/S也是C/S架构

 

二、OSI七层协议

互联网的本质就是一系列的网络协议，这个协议就叫OSI协议（一系列协议），按照功能不同，分工不同，人为的分层七层。

实际上这个七层是不存在的。没有这七层的概念，只是人为的划分而已。区分出来的目的只是让你明白哪一层是干什么用的。

 

七层划分为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

五层划分为：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

四层划分为：应用层、传输层、网络层、网络接口层。

每层常见的物理设备

1、物理层

物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

物理层字面意思解释：物理传输、硬件、物理特性。意思是指：要想上网必须要有网线、路由器...完成计算机与计算机之间的通信。

中间的物理链接可以是光缆、电缆、双绞线、无线电波。中间传的是电信号，即010101…这些二进制位。

2、数据链路层

物理层中传输的二进制数，如果知识单纯的发送0和1电信号，没有任何意义。

数据链路层的功能：就是给电信号定义分组，赋予含义

 

以太网协议

以太网协议（ethernet）：电信号分组的统一标准

ethernet规定：一组电信号构成一个数据报，叫做’帧’，每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

• head包含：(固定18个字节)
  • 发送者／源地址，6个字节
  • 接收者／目标地址，6个字节
  • 数据类型，6个字节
• data包含：(最短46字节，最长1500字节)
• 数据报的具体内容：head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

Mac地址

head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指己方和对方网卡的地址，即Mac地址

Mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的Mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

广播

同一局域网内，计算机之间通信靠的是广播

计算机把封装好的数据包（head+data），通过广播向外发送，同一局域网内的所有计算机都会接收到这个广播。

计算机收到这个数据包后会解析数据包的发送者是谁，接受者是谁，如果不是自己的Mac地址，即刻丢掉

 

3、网络层

网络层的功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

网络层的由来

有了ethernet、Mac地址、广播的发送方式，理论上世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由 一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到。这个问题就不仅仅是效率低的问题了，更会是一种灾难。

所以必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），Mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关

IP协议

规定网络地址的协议叫IP协议，它定义的地址称之为IP地址，广泛采用的v4版本即IPv4，它规定网络地址由32位2进制表示

IP协议规定了接入互联网的任何一台计算机都要有有个ip地址，ip地址能够确定世界上任何一台接入互联网的计算机

ip地址：

    ipv4：
        最小：0.0.0.0
        最大：255.255.255.255
        本机回环地址：127.0.0.1
    ipv6:表示的范围非常大

 

本机ip地址的查看方式;win + r => cmd  => ipconfig

公网IP和内网IP:

公网IP： 是需要购买的
内网IP：192.168开头

广域网，局域网

4、传输层

传输层的由来

网络层的IP帮我们区分子网，以太网层的Mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序。

那么我们通过IP和Mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

传输层功能

建立端口到端口的通信

端口（port）

范围0-65535，0-1023为系统占用端口，1024-8000 是常用软件使用的端口，以后我们自己开发的软件端口号要使用8000以后的

一个端口在同一时间不能同时使用

有了Mac地址+IP地址+端口，我们就能确定世界上独一无二的一台计算机上的应用程序

常用软件的端口号

应用程序      FTP    TFTP    TELNET    SMTP    DNS    HTTP    SSH    MYSQL
熟知端口     21,20    69          23             25          53        80         22       3306
传输层协议  TCP     UDP     TCP         TCP       UDP     TCP      TCP      TCP

 

# http协议的端口号：80
# https协议： http + ssl证书

 

TCP协议

也叫流式协议， 可靠协议

三次握手和四次挥手

UDP协议

不可靠传输，没有传输通道

应用场景：远程控制软件

TCP协议和UDP协议的优缺点：

        TCP:
            1. 数据安全可靠
            2. 速度慢
        UDP:
            1. 数据不安全，也不可靠
            2. 速度快

5、应用层

http协议的请求头

1.Accept
告诉服务器，客户端支持的数据类型

2.Accept-Encoding
告诉服务器，客户机支持的数据压缩格式。

3.Accept-Language
告诉服务器，客户机的语言环境。

4.Connection:keep-alive
客户机通过这个头告诉服务器，请求完后是关闭还是保持链接。

5.Content-Length
表示请求消息正文的长度。

6.Content-Type
客户机通过这个头告诉服务器，客户端向服务器发送的数据类型。

7.Cookie
客户机通过这个头告诉服务器，可以向服务器带数据。

8.Host
客户机通过这个头告诉服务器，想访问的主机名。

9.Origin
用来说明请求从哪里发起的，包括且仅仅包括协议和域名。
这个参数一般只存在于CORS跨域请求中，可以看到response有对应的header：Access-Control-Allow-Origin。

10.Referer
客户机通过这个头告诉服务器，它是从哪个资源来访问服务器的。（一般用于防盗链）

11.User-Agent
客户机通过这个头告诉服务器，客户机的软件环境。

12.Accept-Charset：
告诉服务器，客户端采用的编码。

13.Date：
客户机通过这个头告诉服务器，客户机当前请求时间。

14.If-Modified-Since
客户机通过这个头告诉服务器，资源的缓存时间。

http协议的响应头

1.Connection
服务器通过这个头，响应完是保持链接还是关闭链接。

2.Content-Encoding
服务器通过这个头，告诉浏览器数据采用的压缩格式。

3.Content-Type
服务器通过这个头，回送数据的类型

4.Date
告诉客户机，返回响应的时间。

5.Server
服务器通过这个头，告诉浏览器服务器的类型

6.Transfer-Encoding
HTTP协议头字段Transfer_Encoding，分块传输编码，一般出现在http的响应头中。该头字段存在与HTTP协议的1.1版本中，提供一种数据传输机制。
通常http协议在传输数据时是整体一起发送的，数据体的长度由Content-Length字段指定，方便判断消息结束。
服务器通过这个头，告诉浏览器数据的传送格式。

7.vary
Vary 字段用于列出一个响应字段列表，告诉缓存服务器遇到同一个 URL 对应着不同版本文档的情况时，如何缓存和筛选合适的版本。

8.Location
这个头配合302状态码使用，告诉用户端找谁。

9.Content-Length
服务器通过这个头，告诉浏览器回送数据的长度

10.Content-Language
服务器通过这个头，告诉服务器的语言环境

11.Last-Modified
服务器通过这个头，告诉浏览器当前资源的缓存时间

12.Refresh
服务器通过这个头，告诉浏览器隔多长时间刷新一次

13.Content-Disposition
服务器通过这个头，告诉浏览器以下载的方式打开数据。

14.ETag:与缓存相关的头。
（1）Expires
服务器通过这个头，告诉浏览器把回送的数据缓存多长时间。-1或0不缓存。

（2）Cache-Control和Pragma
服务器通过这个头，也可以控制浏览器不缓存数据

 

三、Socket编程

1、什么是Socket编程

Socket是应用层与TCP/IP协议族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。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的

2、套接字工作流程

 

3、 基于TCP协议的套接字编程(简单)

3.1 服务端

# 1. 实例化对象socket
import socket

# 2. 得到对象
# 2.1. 如果不传参数，代表的是TCP协议：SOCK_STREAM
# 2.2 type=socket.SOCK_DGRAM => UDP协议

# server = socket.socket(type=socket.SOCK_STREAM)
server = socket.socket()

# 3. 绑定
server.bind(('127.0.0.1', 8002))

# 4. 监听, 数字代表的是半连接池
server.listen(3)

print('服务端开始接收客户端消息了：')
# 5.
# sock: 当前连接的客户端对象
# addr: 客户端的地址
sock, addr = server.accept()

# 6. 接收客户段发送的消息
# 1024代表的是字节数，接收数据的最大字节数
# 粘包现象
data = sock.recv(1024)  # hello
print('客户端数据：', data)

# 7. 给客户端返回数据
sock.send(data.upper()) # HELLO

# 8. 断开连接
sock.close()

# 9. 关门
server.close()

3.2 客户端

# 1. 实例化对象
import socket
client = socket.socket()


# 2. 连接
client.connect(('127.0.0.1', 8002))

# 3. 给服务端发送数据,发送的数据类型必须是字节类型
client.send('hello'.encode('utf-8'))

# 4. 接收服务端发送过来的数据
data = client.recv(1024)
print('服务端的数据：', data)

# 5. 断开连接
client.close()

4、 基于TCP协议的套接字编程(循环)

4.1 服务端链接循环 + 异常处理

# 1. 实例化对象socket
import socket

# 2. 得到对象
# 2.1. 如果不传参数，代表的是TCP协议：SOCK_STREAM
# 2.2 type=socket.SOCK_DGRAM => UDP协议

# server = socket.socket(type=socket.SOCK_STREAM)
server = socket.socket()

# 3. 绑定
server.bind(('127.0.0.1', 8002))

# 4. 监听, 数字代表的是半连接池
server.listen(3)

print('服务端开始接收客户端消息了：')
# 5.
# sock: 当前连接的客户端对象
# addr: 客户端的地址
while True:

    sock, addr = server.accept()

    # 6. 接收客户段发送的消息
    # 1024代表的是字节数，接收数据的最大字节数
    # 粘包现象
    while True:
        try:

            data = sock.recv(1024)  # hello
            if len(data) == 0:
                continue
            print('客户端数据：', data)

            # 7. 给客户端返回数据
            sock.send(data.upper())  # HELLO

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    # 8. 断开连接
    sock.close()

# 9. 关门
server.close()  # 暂不考虑关闭服务端

4.2 客户端通信循环

# 1. 实例化对象
import socket

client = socket.socket()

# 2. 连接
client.connect(('127.0.0.1', 8002))

while True:
    input_data = input('请输入要发送的数据：')

    # 3. 给服务端发送数据,发送的数据类型必须是字节类型
    client.send(input_data.encode('utf-8'))

    # 4. 接收服务端发送过来的数据
    data = client.recv(1024)
    print('服务端的数据：', data)

# 5. 断开连接
client.close()  # 暂不考虑关闭客户端

5、基于UDP协议的套接字编程

5.1 服务端

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 数据报协议-》UDP
server.bind(('127.0.0.1', 8080))

while True:
    data, client_addr = server.recvfrom(1024)
    print('===>', data, client_addr)
    server.sendto(data.upper(), client_addr)

server.close()  # 暂不考虑关闭服务端

5.2 客户端

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 数据报协议-》UDP

while True:
    msg = input('>>: ').strip()  # msg=''
    client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
    data, server_addr = client.recvfrom(1024)
    print(data)

client.close()  # 暂不考虑关闭客户端