python三十五期---TCP与UDP协议，socket模块基本使用

昨日内容回顾

• 软件开发架构

  1.C/S架构
  	客户端、服务端
  2.B/S架构
  	浏览器、服务器
  B/S本质也是C/S架构
  

• 网络编程前戏

  基于网络实现数据交互
  计算机之间要想实现数据交互必须有物理链接介质(前提)
  

• OSI七层协议

  应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理链接层
  
  应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理链接层			(核心)
  
  应用层、传输层、网络层、网络接口层
  

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1.物理链接层
建立物理链接介质
2.数据链路层
规定了电信号的分组方式
以太网协议
3.网络层
IP协议:规定了接入互联网的计算机都必须有一个ip地址
IP地址:
IPV4
点分十进制 数量有限
IPV6
能够表示地球上的每一粒沙子
特征:IP能够标识出地球上独一无二的一台接入互联网的计算机
"""
ARP协议:能够根据IP地址动态解析到一个MAC地址
谁正在使用某个IP地址 我们就可以根据IP地址动态解析到使用者的MAC地址
"""
4.传输层
PORT协议:计算机通过端口号管理正在运行的诸多应用程序
端口号:0-65535
特征:可以指定也可以动态分配
能够标识出计算机上独一无二的一个应用程序

* 各种协议

```python
1.以太网协议
	规定了计算机在出厂的时候都必须有一块网卡 上面有一串数字
  该数字就是计算机的物理地址>>>:MAC地址(身份证号码)
2.IP地址:
    	IPV4
      	点分十进制 数量有限
      IPV6
      	能够表示地球上的每一粒沙子
 	特征:IP能够标识出地球上独一无二的一台接入互联网的计算机
 	"""
 	ARP协议:能够根据IP地址动态解析到一个MAC地址
 			谁正在使用某个IP地址 我们就可以根据IP地址动态解析到使用者的MAC地址
 	"""
3.端口号:0-65535
 	特征:可以指定也可以动态分配
    	能够标识出计算机上独一无二的一个应用程序

• 专业名词解释

  1.交换机
  2.广播
  3.单播
  4.广播风暴
  5.局域网、广域网、互联网
  6.路由器
  7.域名就是URL就是网址
  8.域名解析(DNS服务器)    域名 >>>>>> ip:port
  
  

今日内容概要

• 传输层之TCP与UDP协议
• 应用层
• socket模块简介
• socket模块基本使用
• 代码优化处理
• socket黏包问题
• 黏包问题的解决方案

今日内容详细

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socket模块

如果我们需要编写基于网络进行数据交互的程序
意味着我们需要自己通过代码来控制我们之前所学习的OSI七层(很繁琐 很复杂 类似于我们自己编写操作系统)

socket类似于操作系统 封装了丑陋复杂的接口提供简单快捷的接口
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理解socket
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。

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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。

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socket也叫套接字
	基于文件类型的套接字家族(单机)
	AF_UNIX
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	基于网络类型的套接字家族(联网)
	AF_INET

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在这里主要学习利用socket完成TCP/IP通讯，首先需要生成两个对象，
一个是客户端（client），一个是服务端（sever）。

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socket代码简介

socket 插座；窝(n);使装入插座(v) 也有端口的意思！！！
bind 捆绑, 捆扎 (v)
listen
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暂时只要想实现网络通信就要使用socket模块！！！

## 先建立服务端代码

import socket

# 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.  绑定要连接的端口 (服务端ip地址，服务端的端口号)    元祖形式（ip地址，端口号）
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，
# 如果没有申请公ip，只能在局域网实现让别的客户端访问该服务端的操作！！


# 3.  设置监听端口的状态，设立半连接池
server.listen(5)  # 有5个空位


# 4.  等待客户连接
sock, addr = server.accept()  #该方法有两个返回值 return sock, addr  三次握手！
print(sock, addr)  # sock就是双向通道, 注意此处addr是客户端的IP地址加端口！！！


# 5.  接收客端发来的消息
data = sock.recv(1024)  # 通过双向通道接收客户端发送过来的消息,只接收1024字节，剩下的就不要了！
print(data.decode('utf8'))


# 6.  给客户端发送消息 注意消息必须是bytes类型
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'))


# 7.  关闭双向通道
sock.close()  # 四次挥手？？？


# 8.  关闭服务端
server.close()  # 店倒闭了


# 这样服务端就写好了，运行该程序后，会卡在等待客户连接的状态！！！
# 服务端代码必须要先运行起来，才能再去运行客户端代码！！！
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再建立客户端代码！！！！！

## 再建立客户端代码！！

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))  # 三次握手


# 3.直接给服务端发送消息 ,客户端先发消息,服务端接收到消息后再发送消息给客户端,客户端再接收消息！！！
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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整体的一个思路：
就是服务端代码先跑起来，卡在等待客户连接的状态
客户端代码跑起来，走到connnect连接代码后，向服务端发送连接请求
服务端接受连接请求后，拿到客户端的ip地址与接口，还有双向通道
客户端开始给服务端发送消息
服务端接收消息，并给客户端回消息
客户端接收到服务端回的消息后，断开与服务端的连接
服务端关闭双向通道，断开与服务端连接

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网络数据交互的一个雏形！！！！！！
很多代码和框架都是由这几行代码演变而来的！！！！！！！！
是所有牛逼的框架的底层的基础代码！！！！！！

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代码优化

1.聊天内容自定义
	针对消息采用input获取

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2.让聊天循环起来
	将聊天的部分用循环包起来

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当客户端异常断开时，如何让服务端继续正常运行？？？windows系统服务端会直接报错，
苹果电脑会出现重复发空消息,好多次后会出现报错的现象！！！
怎么办？

应该要能自动识别出该报错信息，
并且应该要让代码能正常回退到accept那边等待新的对象连接请求！！！
当服务端接收到空消息后，说明此时客户端异常断开或者代码终止运行了，
或者客户端就什么都没发，直接按了一个回车了。


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3.用户输入的消息不能为空！！！！用户的输入的为空，服务端sock.recv(1024)收不到消息后，
就会卡在这了不走了，这时候客户端与服务端两边代码都走到了recv这了，这个时候就尬住了！！！！

	本质其实是两边不能都是recv或者send！！！！！！
	一定是一方收一方发！！！！！！！！

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4.苹果电脑：服务端多次重启可能会报错
	Address already in use 主要是mac电脑会报
	方式1:改端口号

	方式2:
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加

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5.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？？？
	windows服务端会直接报错
  mac服务端会有一段时间反复接收空消息延迟报错
	异常处理、空消息判断！！！！

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没优化前代码

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服务端
import socket
server = socket.socket()
# 2.通过服务端的地址链接服务端！！！！！！
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)
sock, addr = server.accept()
# 客户端发送连接请求，服务端接收连接请求，获取双向通道，并拿到客户端的ip地址与端口号
data = sock.recv(1024)
print(f'来自于客户端{addr}的消息>>>>:', data.decode('utf8'))
msg = input('请输入发送给客户端的而消息>>:').strip()
sock.send(msg.encode('utf8'))
sock.close()

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客户端
import socket
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 连接的服务端地址！！！

msg = input('请输入您想要发送给服务端的消息>>>:').strip()
client.send(msg.encode('utf8'))
data = client.recv(1024)
print('来自于服务端发送过来的消息>>>:', data.decode('utf8'))

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让聊天循环起来-------优化后代码

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服务端
import socket

# 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()

# 2.通过服务端的地址链接服务端！！！！！！# 2.绑定要监控的界面（(服务端ip地址，服务端的端口号)）
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)   # 3.监听端口状态，设立半连接池
sock, addr = server.accept()  # 三次握手建立连接

# 客户端发送连接请求，服务端接收连接请求，获取双向通道，并拿到客户端的ip地址与端口号
while True:
    data = sock.recv(1024)  # 通过双向通道接收客户端发送过来的消息，如果客户端不发，代码就卡在这边，所以不会出现死循环！！
    print(f'来自于客户端{addr}的消息>>>>:', data.decode('utf8'))
    msg = input('请输入发送给客户端的而消息>>:').strip()
    sock.send(msg.encode('utf8'))  # 通过双向通道发送消息给客户端！！！

# sock.close()  # 这行不用写了，操作结束，操作系统回自动回收双向通道！！！

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客户端
import socket

client = socket.socket()  # 1.生成socket对象指定类型和协议
client.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 2.通过服务端的地址链接服务端！！！
# 服务端一旦接受，这边就拿到双向通道了！！就可以和服务端来回的聊天了！！！！！

while True:
    msg = input('请输入您想要发送给服务端的消息>>>:').strip()
    client.send(msg.encode('utf8'))  # 注意send发送的信息必须是bytes类型二进制数据！！！
    data = client.recv(1024)
    print('来自于服务端发送过来的消息>>>:', data.decode('utf8'))

# 当客户端终止程序运行后,或者当客户端异常断开时,服务端会报错！！！！
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服务端最终优化后！！！！

import socket
from socket import SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR      # 针对苹果电脑，服务端多次重启可能会报错的问题，要导入两个模块！！！！！！

# 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()
# 2.通过服务端的地址链接服务端！！！！！！# 2.绑定要监控的界面（(服务端ip地址，服务端的端口号)）
server.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)    # 针对苹果电脑的，加这行代码！！！！！！

server.bind(('127.0.0.1', 8080))
server.listen(5)   # 3.监听端口状态，设立半连接池
while True:
    sock, addr = server.accept()  # 三次握手建立连接
    # 客户端发送连接请求，服务端接收连接请求，获取双向通道，并拿到客户端的ip地址与端口号
    while True:  # 聊天的过程可能出现报错的情况，所以加个异常捕获
        try:
            data = sock.recv(1024)  # 通过双向通道接收客户端发送过来的消息，
                                    # 如果客户端不发，代码就卡在这边，所以不会出现死循环！！
            if data == 0:
            # 如果监测到收到的消息为空后，跳出小循环，到大循环里面去，等待用户发送连接请求！！！
                break
            print(f'来自于客户端{addr}的消息>>>>:', data.decode('utf8'))
            msg = input('请输入发送给客户端的而消息(不能发空消息！！)>>:').strip()
            # 并且服务端发消息也不能为空不然还是会尬住了！！！
            # 但是服务端是一个固定的程序，不是一个人！！！
            sock.send(msg.encode('utf8'))  # 通过双向通道发送消息给客户端！！！
        except Exception:  # 一旦监测到报错信息，也break结束的掉小循环！！
            break

    # sock.close()  # 这行不用写了，操作结束，操作系统回自动回收双向通道！！！


# 微信两个人聊天，不是客户端与服务端交流，而是两个聊天的人都是客户端，
# 是1个人通过客户端把消息发给微信的服务端，然后服务端再把消息传给对应的另一个客户端！！！
# 微信的服务端作为一个中转站！！！

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import socket

client = socket.socket()  # 1.生成socket对象指定类型和协议
client.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 2.通过服务端的地址链接服务端！！！
# 服务端一旦接受，这边就拿到双向通道了！！就可以和服务端来回的聊天了！！！！！

while True:
    msg = input('请输入您想要发送给服务端的消息>>>:').strip()
    # 加个判断,这样就可以避免客户端发空消息的情况了！！！，两边就不会尬住了！！！
    # 并且服务端发消息也不能为空不然还是会尬住了！！！
    if not len(msg):
        print('不能发送空消息！！')
        continue
    client.send(msg.encode('utf8'))
    data = client.recv(1024)
    print('来自于服务端发送过来的消息>>>:', data.decode('utf8'))

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半连接池的概念

server.listen(5)  # 半连接池
半连接池相当于建立了一个缓冲地带，除第一个外，还有5个客户端可以与服务端连接，
后面的客户端就连接不上了。

注意：另外五个虽然能连接，但是服务端一次只能服务一个客户端，所以另外5个人虽然能连接，
但并不能与服务端进行收发消息交流，只能在第一个客户端断开连接后，
下一个客户端才能与服务端进行信息的交流！！！！！！

当有多个客户端来链接的情况下 我们可以设置连接的客户端的等待数量(不考虑并发问题)
假设服务端只有一个人的情况下

在测试半连接池的时候 可以不用input获取消息 直接把消息写死即可

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