TCP\UDP协议 socket模块

目录

传输层主要协议

传输层有很多协议，比如TCP、UDP协议。
TCP与UDP都是用来规定通信方式的
	通信的时候可以随心所欲的聊 也可以遵循一些协议符合要求的聊
  	随性所欲的聊:文字 图片 视频 小油腻话 你侬我侬
  	遵循一些协议:开头带尊称 首行空两格 只准用官话 不能打情骂俏
ps:不遵循上述协议也可以通信 只不过遵循了更合规合法合理!!!

TCP协议

TCP协议也称为流式协议、可靠协议(数据不容易丢失)

三次握手

  1. 经过这两步：C朝S建立了通道，这个通道是单向的，C可以给S发数据！
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  2. 如果S想给C发数据怎么办？又要走两步！才能建立S到C的通道。
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    注意：C给S发信息就走通道1，S给C发信息走通道2，这两个通道互不干扰！两个通道都是单向的！
  3. 这不是四次吗？为什么说是三次握手？
    因为中间两次可以整合为一次，也就是两条信息一起发了！总得来说只需要通信三次！这就是三次握手 建链接！
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    附上图片：
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TCP协议反馈机制

TCP协议之所以比UDP协议可靠 是建立了双向通道 对吗？

TCP协议之所以比UDP协议可靠 原因在与TCP协议发送消息有反馈机制！
（你必须要回复说，你收到了。如果你不回复，我就再次给你发同一份数据！）
基于TCP发送的消息会在本地先保存该消息 如果地方确认收到才会删除 否则在一定的时间内会频繁的多次发送直到确认或者超时为止。
我发给你一份 内存里也临时存一份 当你不回复，我隔个5秒10秒再给你发，如果我坚持给你发了30分钟，你都不回复，我就默认你嗝屁了, 就把临时保存的数据删掉。
另外当你回复：收到了！ 我也会把内存里临时存的数据删掉。
# 也就是需要一个确认 确认通过了才会继续发 这就是反馈机制。

四次挥手

由任意一方发起断开的请求：如图C发送断开的请求，C同意。所以将会断开C到S的通道。
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再经历两步，断开S到C的通道：
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中间的两步为什么不能合并？
因为C已经没有数据给S了 ，但是S可能还有一些数据需要给C，服务器要确认自己的信息是否发完(TIME_WAIT)。所以S需要一个缓冲时间，无法立刻做出断开通道的决定，这中间是有一个检查时间（缓冲时间）的！
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隐喻：

# 三次握手
男：做我女朋友！(建立链接)
女：同意！你也做我男朋友！（同意建立，并发起请求）
男：同意！（同意建立）

# 四次挥手
女：分手吧！（不跟你发消息）
男：同意，分手之后做朋友（还跟你发消息）
男：算了吧，还是别联系（断开请求）
女：6 （同意断开）

洪水攻击

洪水攻击:同一时间有大量的客户端请求建立链接 会导致服务端一直处于SYN_RCVD状态
如何抵御洪水攻击？建立半连接池

服务端如何区分客户端建立链接的请求：
1.通过ip
2.通过SYN 如SYN seq=x
x y表示不同客户端、服务端的唯一标识。

UDP协议

# UDP协议 
丢包协议、不可靠协议
彼此之间不做任何的链接 不做通道 不二次做确认操作
特点：不需要建立双向通道 数据的传输速度快 但是可能会丢失

qq使用的就是UDP协议 所有可能会丢失
但是我们可以在UDP协议的基础之上做很多额外的扩展来保证数据的安全

'''
TCP协议类似于打电话：你一句我一句 你侬我侬
UDP协议类似于发短信：发了之后不管你看不看 只要发了就行
'''

socket模块

# 编写一个CS架构的程序 实现数据交互
思考：
需要编写代码 操作OSI七层 相当复杂！
就跟操作系统 编写操作硬件的代码一样 
由于操作OSI七层 是所有CS架构的程序都需要经历的过程 所以为了方便 产生了socket技术。
在OSI七层中增加了socket抽象层，用socket提供的快捷方式操作其他层

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python中socket模块>>>为操作OSI七层协议提供了快捷方式 不需要自己处理一遍

socket也叫套接字，有以下两种分类:
   基于文件类型的套接字家族(单机)
  	AF_UNIX
   基于网络类型的套接字家族(联网)
  	AF_INET

socket代码简介

'''服务端'''
import socket


"""
以后要养成查看源码编写代码的思路
"""
# 1.产生一个socket对象并指定采用的通信版本和协议(TCP)
server = socket.socket()  # 括号内不写参数 默认就是TCP协议  family=AF_INET基于网络的套接字 type=SOCK_STREAM流式协议即TCP
# 2.绑定一个固定的地址(服务端必备的条件)
server.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 127.0.0.1为本地回环地址 只有自己的电脑可以访问
# 3.设立半连接池(暂且忽略)
server.listen(5)
# 4.等待接客
sock, addr = server.accept()  # return sock, addr  三次握手
print(sock, addr)  # sock就是双向通道 addr就是客户端地址
# 5.服务客人
data = sock.recv(1024)  # 接收客户端发送过来的消息 1024字节
print(data.decode('utf8'))
sock.send('尊敬的客人 您说什么就是什么 一切按照您的要求来'.encode('utf8'))  # 给客户端发送消息 注意消息必须是bytes类型
# 6.关闭双向通道
sock.close()  # 四次挥手
# 7.关闭服务端
server.close()  # 店倒闭了


'''客户端'''
import socket


# 1.生成socket对象指定类型和协议
client = socket.socket()
# 2.通过服务端的地址链接服务端
client.connect(('127.0.0.1', 8080))
# 3.直接给服务端发送消息
client.send('大爷有钱 把你们店最好的给我叫出来'.encode('utf8'))
# 4.接收服务端发送过来的消息
data = client.recv(1024)
print(data.decode('utf8'))
# 5.断开与服务端的链接
client.close()

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socket.socket()

查看源码：
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socket.socket()  # 会产生一个sockct对象
# 默认情况下socket对象 ---> TCP + 网络型套接字
family = AF_INET  # AF_INET的意思就是 基于网络的socket
type = SOCK_STREAM  # SOCK_STREAM 流式协议 也就是TCP协议   # SOCK_DGRAM UDP协议
server = socket.socket(family=socket.AF_INET,type=socket.SOCK_DGRAM)  # 实现UDP协议

server.bind()

查看源码：
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server.bind(('127.0.0.1', 8080))
'''
bind方法用于给服务端绑定一个固定的地址
接受一个元祖 （IP地址，端口号）
'''

server.accept()

sock, addr = server.accept()  # return sock, addr
# 示例 <socket.socket fd=600, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('192.168.1.81', 8080)
'''
accept有两个返回值：
sock表示客户端和服务端之间的管道 可以使用sock对象发送信息等
addr是访问服务端的客户端IP地址

addr是给你打电话的人的地址
sock是电话的听筒 你可以基于听筒跟别人交流！

如果没有客人上门 accept这行代码会一直等待 程序会卡在这里（listen）。
'''

sock.recv() sock.send()

sock.recv(1024)  # 接受
sock.send()   # 发送
'''
recv方法用于接收客户端发送过来的消息 如果 没有消息 或者 消息为空 程序都会卡这行代码
这里的数字1024 表示接受1024个字节 多了就抛弃
注意发送和接受的都是bytes类型 要对输入进行转码
'''

sock.close() server.close()

sock.close()  # 关闭通道
server.close()  # 关闭服务端
这两行代码也可以不写 因为socket模块有自动关闭的操作。

client.connect()

client.connect(('127.0.0.1'，8080))  
'''
connect方法用于服务端链接客户端
传入一个元祖：（要访问的服务端IP，服务端端口号）'''

问题和优化

1.聊天内容自定义
针对消息采用input获取
2.让聊天循环起来
将聊天的部分用循环包起来

用户输入的消息不能为空

本质其实是两边不能都是recv或者send 一定是一方收一方发
相当于两边电话通了，但是都不说话，都在等着别人说话= =
可以在服务端加限制，禁止传入空字符串。

服务端多次重启报错

Address already in use 主要是mac电脑会报
解决1：改C/S双方使用的端口号
解决2：加代码
添加如下红框代码：
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#加入一条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)

客户端异常断开

当客户端异常断开的情况下 如何让服务端继续服务其他客人?
客户端如果异常断开 服务端代码应该重新回到accept等待新的客人！
如果是windows电脑 停掉客户端 服务端会直接报错
如果是mac、linux则不会报错 服务端会接受到一个空消息。
所以对mac、linux:
image
如果是window，则需要异常处理，捕获到因为服务端断掉而产生的报错：
但是服务端也无法继续服务客户了，还是没回到accept，所有只能再套一个循环:
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半连接池

当有多个客户端来链接的情况下 我们可以设置等待数量(不考虑并发问题)

server.listen

server.listen(5) 
'''
用于构造半连接池
比如海底捞排队 给门外摆了5把椅子
'''

示例

使得一个py文件可以运行多次：
image
让多个服务端和客户端产生链接：
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绿色的框内有：1个正在被服务的客人 5个在椅子上等待的客人
红色框：2个被拒之门外的客人
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如果在报错之前 有客人退出 则会有椅子空出 也就能再坐一个人。

练习

UDP单向通信

# 发送方
import socket

client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
client.bind(('192.168.1.81', 8084))  # 发送方绑定端口 避免随机分配
while True:  # 192.168.1.81是本机地址
    user_input = input('请输入>>>:')
    client.sendto(user_input.encode('utf8'), ('192.168.1.81', 8080))  # 循环给8080端口发送信息  # sendto(bytes类型数据，目标地址元祖)
    if user_input == 'q':
        break

# 接收方
import socket

server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('192.168.1.81', 8080))  # 不能重复绑定

while True:
    date, addr = server.recvfrom(1024)  # recvform返回（byte类型数据，发送方ip地址的元祖）
    print(f'来自：{addr}的信息>>>:{date.decode("utf8")}')

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模拟QQ聊天

首先对于客户端，在不使用多进程的情况下，无法做到一个py文件既发送信息，又接受信息。因为程序的循环会阻塞在input处等待输入，实现不了及时聊天的效果。
推导1、那么可以使用两个py文件，发送.py都使用UDP协议：
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这样无论是客户1\客户2的接受.py文件都可以有及时聊天的效果。
推导2、中转
在服务端可以产生及时聊天的效果。
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ps：主要还是单进程实现不了又输入又接受的操作，因为不论是recv还是input都是阻塞的，所以想实现QQ聊天只能使用多进程。

总结

window下：
对于python的socket模块：
如果是建立TCP链接，没有server.listen会报错:
OSError: [WinError 10022] 提供了一个无效的参数。
没有server.accept就产生不了管道，也会报错。所以使用socket模块创建TCP链接listen和accept缺一不可。
如果是建立UDP通信则只需要指定你要发送的地址即可。
建立tcp、udp链接时，可以不进行bind绑定，如果这样系统就会给你当前进程，随机分配一个端口号。

又回来总结

注意：
accept 等待的是一个新的进程
sock 是跟某个进程建立的管道 

对于这行代码：
 with open('inf.txt', 'rb') as f:
        for line in f:
            client.send(line)
将txt文件用rb二进制模式打开，直接用send方法发送时，此时发送的bytes是16进制的，在接收时无法直接decode('utf8')
需要使用hex()方法：
with open('info2.txt', 'wb') as f:
	data = sock.recv(1024).hex()  # 将16进制bytes b'\xaa'转换成utf-8 str 'aa'
	f.write(data.encode('utf8'))
# 用rb模式打开文件 得到的是16进制的bytes类型 这种类型是不能用decode('utf8')解码的
# 可以用hex方法，将16进制bytes b'\xaa'转换成utf-8 str 'aa'
# bytes类型内部有哪些分类？

参考：
https://blog.csdn.net/zbb19/article/details/123991426
https://www.cnblogs.com/oreoz/p/16892930.html
https://www.cnblogs.com/zkz0206/p/16897399.html

posted @ 2022-11-16 16:52  passion2021  阅读(124)  评论(0)  编辑  收藏  举报