python之路_网络协议及套接字socket

一、网络协议基础篇

　　一台完整的计算机由硬件、系统、软件组成，具备这三个条件，计算机就可以运行，但是只能自己和自己玩。为了实现计算机和计算机间的连接，就需要借助互联网，如全世界人类交流将英语作为标准语言一样，计算机间的交流也需要这样一个标准，即互联网协议。

1、互联网的本质

　　互联网的本质就是一系列的协议，总称互联网协议（internet protocolsuite），互联网的协议的功能是：定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机的通信标准。

2、osi七层协议

　　互联网协议按照功能不同分为osi七层或者tcp/ip五层或者tcp/ip四层。从下往上接近用户，从上往下接近硬件，具体如下示意图：

3、tcp/ip五层模型讲解

　　清楚了每层的主要协议，就理解了整个互联网通信的原理。首先，用户感知到的只是最上面一层应用层，自上而下每层都依赖于下一层，所以我们从最下一层开始切入，比较好理解。

（1）物理层

　　物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网；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。

（2）数据链路层

　　数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思。数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

以太网协议：

　　早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet。

ethernet规定：

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

head

data

 

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)

• 数据包的具体内容

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：

有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）。ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼。

（3）网络层

　　网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，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。

二、socket初始

1、socket定义

　　什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

2、套接字socket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。

简单套接字实例：

#服务端
import socket
# 1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1',8080))
# 3、开机
phone.listen(5)
print('starting...')
#4、等电话连接
conn,addr=phone.accept()
print('IP:%s,PORT:%s' %(addr[0],addr[1]))
#5、收发消息,最大收1024
data=conn.recv(1024)
conn.send(data.upper())
#6、挂电话
conn.close()
#7、关机
phone.close()

#客户端
import socket
#1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#2、打电话
phone.connect(('127.0.0.1',8080))
#3、发收消息
phone.send('hello'.encode('utf-8'))
data=phone.recv(1024)
print(data.decode('utf-8'))
#4、挂电话
phone.close()

加循环实例：

#服务端
import socket
#1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#2、绑定手机卡
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind(('127.0.0.1',8082))
#3、开机
phone.listen(5)
#4、等电话连接
print('starting...')
while True: #连接循环
    conn,addr=phone.accept()
    print('IP:%s,PORT:%s' %(addr[0],addr[1]))
    #5、收发消息
    while True: #通信循环
        try:
            data=conn.recv(1024) #最大收1024
            print(data)
            if not data:break #针对linux
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            break
    #6、挂电话
    conn.close()
#7、关机
phone.close()

#客户端
import socket
#1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#2、打电话
phone.connect(('127.0.0.1',8082))
#3、发收消息
while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    print('has send===>')
    data=phone.recv(1024)
    print('has recv')
    print(data.decode('utf-8'))
#4、挂电话
phone.close()