Python Day29 网络协议

~为何学习socket一定要先学习互联网协议：

1.首先：本节课程的目标就是教会你如何基于socket编程，来开发一款自己的C/S架构软件

2.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

3.然后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。

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   　　　　　　　　　　　　　　　　===== 互联网协议  osi七层协议 =====

    应用层 + 传输层 + 网络层 + 网络接口层               4层
    应用层 + 传输层 + 网络层 + (数据链路层+物理层)       5层
    (应用层 + 表示层 + 会话层)+ 传输层 + 网络层 + (数据链路层+物理层)  7层

1） 物理层 ----- 硬件的标准----   >>>  发送电信号------对应数字 0,1


2） 数据链路层 ----以太网协议  ethernet  (根据物理层的信号 分组)       mac地址===>>> 局域网的地址
           一组电信号 构成一个数据包(帧) ---每一帧： head(接受者是谁 + 发送者是谁 + 数据类型) + data

            mac 地址：ethernet规定 internet设备 都必须有网卡---mac地址(发送 接收端的地址)
            广播： ethernet 通过 广播的方式通信
            广播包  只能在一个局域网内通信


3） 网络层----  ip 协议 (ipv4  ipv6)                              ip地址===>>> 确认子网地址

             ipv4 与 子网掩码  二进制---按位与运算(前三段一样)
             172.16.10.1(点分十进制) + 255.255.255.0 --->> 172.16.10.0 (子网的地址 范围)

            不在一个地址 把包传给网关 是一个 出口 (相当海关于) -- 跨子网通信 ---路由协议

            ARP 协议(ip找到mac)-----   把   ip地址  转换为一个  网关地址 ----方便子网内  mac广播通信

                                                              ip+mac ==== >>>  唯一的一台机器

4） 传输层 -----  传输层功能：建立端口到端口的通信  (包 传输头)  ()
                 标识这台主机上的应用程序，就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号
                 ip + 端口 --->> 唯一的软件

              用户应用层的内存中的数据 --->> 操作系统内存中 --->> 网卡 ----发送

              双向连接---那端的数据输完--可以先断掉
                tcp 协议  ----   可靠协议---建立连接3次握手 -----数据传输玩---客户端响应
                                断开连接4次挥手 --
                udp 协议  ----  不可靠协议


5） 应用层 ------应用层产生数据---数据包  (包一个 应用层头)

                        应用层功能：规定应用程序的数据格式

                       发数据---封包     ------

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　socket.SOCK_STREAM　　流式socket , for TCP （默认）
　　socket.SOCK_DGRAM　　 数据报式socket , for UDP

　　socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
　　socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

****区别：

SOCK_STREAM   是有保障的（即能保证数据正确传送到对方）面向连接的SOCKET，多用于资料（如文件）传送。


SOCK_DGRAM   是无保障的面向消息的socket ， 主要用于在网络上发广播信息。


SOCK_STREAM是基于TCP的，数据传输比较有保障。SOCK_DGRAM是基于UDP的，专门用于局域网，基于广播


SOCK_STREAM 是数据流,一般是tcp/ip协议的编程,SOCK_DGRAM分是数据包,是udp协议网络编程


解释一下：
关于UDP
1、UDP协议适用端口分辨运行在同一台设备上的多个应用程序，UDP有不提供数据报分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点。
也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。
2、在网络质量令人不十分满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。
3、但是由于UDP的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。


关于TCP
1、TCP提供端到端、全双工通信；采用字节流方式，如果字节流太长，将其分段；提供紧急数据传送功能。
2、TCP特性：
（1）面向连接的传输；   
（2）端到端的通信；   
（3）高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；   
（4）全双工方式传输；   
（5）采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列；   
（6）紧急数据传送功能。


如果需要传输的数据是准确的，建议采用TCP，也就是SOCK_STREAM 
如果你传输的是视频音频等数据，丢几个包也无所谓的，可以采用UDP，也就是SOCK_DGRAM

一、socket层

二、socket是什么

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。

 三、套接字工作流程

  一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理。

 

 

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束

 

 

 

~~~socket()模块函数用法

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。

获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

服务端套接字函数
s.bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
s.listen()  开始TCP监听
s.accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字函数
s.connect()     主动初始化TCP服务器连接
s.connect_ex()  connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

公共用途的套接字函数
s.recv()            接收TCP数据
s.send()            发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
s.sendall()         发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
s.recvfrom()        接收UDP数据
s.sendto()          发送UDP数据
s.getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
s.getsockname()     当前套接字的地址
s.getsockopt()      返回指定套接字的参数
s.setsockopt()      设置指定套接字的参数
s.close()           关闭套接字

面向锁的套接字方法
s.setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
s.settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字的函数
s.fileno()          套接字的文件描述符
s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

三、基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

tcp服务端：

ss = socket() #创建服务器套接字
ss.bind()      #把地址绑定到套接字
ss.listen()      #监听链接
inf_loop:      #服务器无限循环
    cs = ss.accept() #接受客户端链接
    comm_loop:         #通讯循环
        cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
    cs.close()    #关闭客户端套接字
ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

tcp客户端：

1 cs = socket()    # 创建客户套接字
2 cs.connect()    # 尝试连接服务器
3 comm_loop:        # 通讯循环
4     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
5 cs.close()            # 关闭客户套接字