python之网络编程

软件开发的架构

我们了解涉及到的俩个程序之间的通讯大致可以分为俩种：

第一种：应用类：qq、微信、网盘、这一类需要安装的桌面应用

第二种：web类：比如百度、知乎、博客园等使用浏览器就可以使用的应用

这些应用的本质上其实都是两个程序之间的通讯，而这俩个分类对应了俩个开发的架构

1、C/S 架构

C/S 即：Client与Server， 中文的意思是：客户端与服务端架构.这种架构也是从用户层面（也可以是物理层面）来划分的

这里的客户端一般是泛指的是客户端程序EXE，程序先安装后，才能运行在用户的电脑上，对用户的电脑操作系统环境依赖比较大

 2、B/S  架构

B/S 即 Browser 与 Server 中文的意思：浏览器与服务端架构、这种架构是从用户层面来划分的

Browser浏览器，其实也是一种Client客户端，只是这个客户端不需要大家去安装什么应用程序，只需要在浏览器上通过HTTP请求服务器相关的资源（网页资源），客户端Browser浏览器就可以进行增删改查

tcp协议和udp协议

用于应用程序之间的通信.如果说ip地址和mac地址帮我们确定唯一一台机器，那么我们怎么找到一台机器上的软件呢？

端口

我们知道、一台拥有ip地址的主机可以提供许多服务，比如web服务，FTP服务，SMTP服务，这些服务完全可以通过一个ip地址来实现，那么，主机是怎样区分不同网络服务？显然不能只靠IP地址，因为IP地址与网络服务的关系的一对多的关系.实际上通过“IP地址加端口号来区分不同的服务的”

TCP协议

当应用程序希望通过TCP与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求，这个通信请求必须被送到一个确切的地址，在双方握手之后，TCP将俩个程序之间建立一个全双工的通信。

这个全双工的的通信将占用俩个计算机之间的通信线路，直到它被一方或者双方都关闭为止

 三次握手

TCP是因特网中的传输层协议，使用三次握手协议建立连接，当主动方发出SYN连接请求后，等待对方回答SYN+ACK，并最终对方的syn执行ACK确认.

这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接.

TCP三次握手过程如下：

客户端方式SYN（SEQ = x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态.

服务器端收到SYN报文，回应一个SYN（SEQ = y）ACK（ACK = x+1）报文，进入SYN_RECV状态

客户端收到服务器端SYN报文，回应一个ACK（ACK = y+1）报文，进入Establishe状态

三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功的建立连接，可以开始传输数据了。

四次挥手：

建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过四次挥手，这是TCP半关闭（half-close）造成的

1. 某个应用进程首先close，称该端执行“主动关闭”（active-close）.该端的tcp于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕
2. 接受这个FIN对端执行“被动关闭”（Passive close） 这个FIN由TCP确认（注意：FIN的接受也作为一个文件结束符（end-of-fiel）传递给接收应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。）
3. 一段时间后，接收在文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字，这导致它的TCP也发送一个FIN
4. 接收这个最终的FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN

既然每个方向都需要一个FIN和一个ACK，因此通常需要4个分节。

UDP协议

当应用程序希望通过UDP与一个应用程序通信时，传输数据之前源端和终端不建立连接。

当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。

TCP和UDP的对比

TCP---传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。TCP提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。 

UDP---用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快

套接字（socket）初识

基于TCP协议的socket

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去连接服务端.

server端

import socket
sk = socket.socket()
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)

client端

import socket
sk = socket.socket()  # 创建客户套接字
sk.connect(('127.0.0.1',8898))  # 尝试连接服务器
sk.send(b'hello!')
ret = sk.recv(1024)  # 对话(发送/接收)
print(ret)
sk.close()  # 关闭客户套接字

 端口被占用

# 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)

 基于UDP协议的socket

udp是无链接的，启动服务之后可以直接接受消息 ， 不需要提前建立链接

简单使用：server端

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #创建一个服务器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #绑定服务器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 对话(接收与发送)
udp_sk.close()                         # 关闭服务器套接字

client端：

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

QQ聊天：

server

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
udp_server_sock.bind(ip_port)

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
    print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
    back_msg=input('回复消息: ').strip()

    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

server

 client

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    '金老板':('127.0.0.1',8081),
    '哪吒':('127.0.0.1',8081),
    'egg':('127.0.0.1',8081),
    'yuan':('127.0.0.1',8081),
}


while True:
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
    while True:
        msg=input('请输入消息,回车发送,输入q结束和他的聊天: ').strip()
        if msg == 'q':break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()