Python复习笔记（六）网络编程(udp/tcp)

一、网络-udp（用户数据报协议）

• 用户数据报协议

• 类似写信，不安全，数据有可能丢

1.1 ip地址

注意：

IP地址127.0.0.1 ~ 127.255.255.255 用于回路测试

私有ip地址，不在公网中使用

---

1.2 端口（重点）

• 端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0~65535（2^16）
• 知名端口：（0~1023）（>1024的随便用）
• 80端口 分配给 HTTP 服务
• 21端口 分配给 ftp 服务
• 动态端口（1024~65535）

---

1.3 socket简介

1.31 不同电脑上进程之间如何通信

• 利用 ip地址、协议、端口 就可以标识网络的进程了。
• 进程间通信：运行的程序之间的数据共享。

1.32 创建socket

在Python中 使用socket 模块的函数 socket就可以完成：、

import socket

# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp
socket.socket(AddressFamily, Type)

说明：

函数 socket.socket 创建一个 socket，该函数带有两个参数：

• Address Family：可以选择 AF_INET （用于Internet 进程间通信） 或者 AF_UNIX（用于同一台机器进程间通信），实际工作常用 AF_INET

• Type：套接字类型，可以是 SOCK_STREAM（流式套接字，主要用于TCP协议）或者 SOCK_DGRAM（数据报套接字，主要用于UDP协议）

创建一个 tcp socket （tcp套接字）

import socket

# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp

# 创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# ... 这里是使用套接字的功能 (省略)

# 不用的时候，关闭套接字
s.close()

创建一个 udp socket （udp 套接字）

import socket

# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp

# 创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# ... 这里是使用套接字的功能 (省略)

# 不用的时候，关闭套接字
s.close()

说明

• 套接字使用流程

1. 创建套接字
2. 使用套接字收/发数据
3. 关闭套接字

---

1.4 udp网络程序-发送、接收数据

1.41 udp网络程序-发送程序

import socket

# AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp

# 1. 创建udp的套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 2. 准备接收方地址
# '192.168.43.74' 表示目标ip地址
# 8080表示目的端口
dest_addr = ('192.168.43.74', 8080) # 注意 是元组，ip是字符串，端口是数字

# 3. 从键盘获取数据
send_data = input("请输入要发送的数据：")


# 4. 发送数据到指定的电脑上的指定程序中
udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)

# 不用的时候，关闭套接字
udp_socket.close()

注意：可以用NetAssist测试

1.42 udp网络程序—接收程序 (绑定实例)

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Fri Mar  1 22:25:32 2019

@author: Douzi
"""

import socket


def main():
    # AddressFamily: ipv4/ipv6; Type: udp/tcp
    
    # 1. 创建udp的套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    
    # 2. 绑定一个本地信息 '192.168.43.74'
    local_addr = ("",  7788)    # 注意 是元组，ip是字符串，端口是数字
    udp_socket.bind(local_addr) # 必须绑定自己电脑的ip以及port,其他的不行   
    
    # 3. 等待接收对方发送的数据
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) #1024表示本次接收的最大字节数
    # recv_data这个变量中存储的是一个元组(接收到的数据, (发送方ip, port))
    recv_msg = recv_data[0]
    send_addr = recv_data[1]
    
    # 4. 显示接收到的数据------------
    print(recv_data)
    print(recv_msg.decode("gbk"))
    print(send_addr)
    
    # 关闭套接字
    udp_socket.close()

if __name__=="__main__":
    main()

1.43 聊天程序

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sat Mar  2 20:54:38 2019

@author: Douzi
"""

import socket

def send_msg(udp_socket):
    """发送消息"""    
    # 获取内容
    dest_ip = input("输入ip: ")
    dest_port = int(input("输入对方port:"))
    send_data = input("输入发送数据:")
    udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), (dest_ip, dest_port))


def recv_msg(udp_socket):
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    print("%s:%s " % (str(recv_data[1]), recv_data[0].decode("utf-8")))        


def main():
    # 创建套接字    
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 绑定信息
    udp_socket.bind(("", 10000)) # '192.168.43.74'
    
    while True:

        print("0----发送消息")        
        print("1----接收消息")
        print("2----退出")
        op = input("输入功能: ")                
        
        if op == "0":
            # 发送
            send_msg(udp_socket)
        elif op == "1":
            # 接收并显示
            recv_msg(udp_socket)
        else:
            return

if __name__=="__main__":
    main()
       

---

二、TCP

2.1 简介（传输控制协议）

• TCP协议，传输控制协议(Transmission Control Protocol)
• 类似打电话
• TCP通信需要经过 创建连接、数据传送、终止连接 三个步骤。

2.2 特点（安全复杂）

1. 面向连接

2. 可靠传输

• TCP采用发送应答机制
• 

• 超时重传

  • 发送端发出一个报文段之后，就 启动定时器，如果在定时时间没有收到应答就重新发送这个报文段

  • TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的 按序接收，然后 接收端实体 对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的 往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失，将会进行重传。

• 错误校验

  • TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

• 流量控制和阻塞管理

  • 流量控制用来避免主机发送得快而使接收方来不及完全收下

 TCP和UDP的不同点

• 面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才做传输）

• 有序数据传输

• 重发丢失的数据包

• 舍弃重复的数据包

• 无差错的数据传输

• 阻塞/流量控制

---

2.3 tcp客户端（重点）

2.31 tcp客户端构建流程

示例代码：

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Mar  3 14:14:03 2019

@author: Douzi
"""

import socket

def main():
    # 1.创建socket
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 2.链接服务器
    # server_ip = input("输入服务器ip:")
    # server_port = int(input("输入服务器port:"))
    # tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))
    tcp_client_socket.connect(("192.168.43.74", 8080))
    
    # 提示用户输入数据
    send_data = input("输入数据: ")
    
    tcp_client_socket.send(send_data.encode("gbk"))
    
    # 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节
    recvData = tcp_client_socket.recv(1024)
    
    print("接收到的数据: ", recvData.decode("gbk"))
    
    # 关闭套接字
    tcp_client_socket.close()

if __name__=="__main__":
    main()

---

2.4 tcp服务器（重点）

流程如下：

1. socket创建一个套接字

2. bind绑定ip和port

3. listen使套接字变为 可以被动链接（监听套接字 负责 等待有新的客户端进行链接）

4. accept等待客户端的链接 （accept 产生新的套接字 用来为客户端服务）

5. recv/send接收发送数据

一个简单的tcp服务器如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Mar  3 14:55:42 2019

@author: Douzi
"""

import socket

def main():
    # 创建套接字
    tcp_socket_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 
    
    # 绑定本地信息 bind
    tcp_socket_server.bind(("192.168.43.74", 6677))
    # 让默认的套接字由主动变为被动 listen，这样就可以接收别人的链接了
    tcp_socket_server.listen(128)    
    # 等待客户端的链接accept    
    # client_socket用来为这个客户端服务
    # tcp_socket_server就可以省下来专门等待其他新客户端的链接
    client_socket, clientAddr = tcp_socket_server.accept()
    
    # 接收对方发送过来的数据
    recv_data = client_socket.recv(1024) # 接收1024个字节
    print('接收到的数据: ', recv_data.decode('gbk'))
    
    # 发送一些数据到客户端
    client_socket.send("Douzi is cute".encode('gbk'))
    
    # 关闭套接字
    client_socket.close()

if __name__=="__main__":
    main()  

为多个客户端服务

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Mar  3 14:55:42 2019

@author: Douzi
"""

import socket

def main():
    # 创建套接字(买个手机)
    tcp_socket_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 
    
    # 绑定本地信息 bind (插入手机卡)
    tcp_socket_server.bind(("192.168.43.74", 6677))
    # (将手机设置为响铃)让默认的套接字由主动变为被动 listen，这样就可以接收别人的链接了
    tcp_socket_server.listen(128)    

    while True:
        print("等待一个新的客户端的到来....")
        # 等待客户端的链接accept (等待别人的电话)
        # client_socket用来为这个客户端服务
        # tcp_socket_server就可以省下来专门等待其他新客户端的链接
        client_socket, client_addr = tcp_socket_server.accept()
        
        print(client_addr)
        
        # 为同一个客户端服务多次
        while True:
            # 接收对方发送过来的数据
            recv_data = client_socket.recv(1024) # 接收1024个字节
            print('接收到的数据: ', recv_data.decode("gbk"))
            
            # 如果recv 解堵塞，那么有2种方式:
            # 1. 客户端发送过来数据
            # 2. 客户端调用close导致了 这里recv解堵塞
            if recv_data:
                # 回送一部分数据到客户端
                client_socket.send("Douzi is cute".encode('gbk'))
            else:
                break
            
        # 关闭套接字
        client_socket.close()
        
        print("已经服务完毕....")
    
    tcp_socket_server.close()

if __name__=="__main__":
    main()

---

2.5 案例：文件下载器

文件下载的服务器

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Mar  3 17:46:37 2019

@author: Douzi
"""

import socket
import sys

def get_file_content(file_name):
    """获取文件内容"""
    try:
        with open(file_name, "rb") as f:
            content = f.read()
        return content
    except:
        print("没有下载的文件: %s" % file_name)

def main():
    
    if len(sys.argv) != 2:
        print("请按如下方式运行: python3 xxx.py 7890")
        return 
    else:
        # 运行方式
        port = int(sys.argv[1])

    # 创建socket
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 本地信息, port: 7890
    address = ("192.168.43.74", port)
    # 绑定本地信息
    tcp_server_socket.bind(address)
    # 将主动套接字变为被动套接字
    tcp_server_socket.listen(128)
    
    
    while True:
        # 等待客户端的链接，即为这个客户端发送文件
        client_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()
        # 接收对方发送过来的数据
        recv_data = client_socket.recv(1024)
        file_name = recv_data.decode("utf-8")
        print("客户端需要下载的文件名为:%s" % file_name)
        
        file_content = get_file_content(file_name)    
        # 发送文件的数据给客户端
        # 因为获取打开文件时是以rb方式打开，所以file_content中的数据已经是二进制的格式
        # 所以不需要encode
        if file_content:
            client_socket.send(file_content)
        # 关闭这个套接字
        client_socket.close()
        isOK = input("继续吗?Y/N")
        if isOK == "Y":
            break
        
    # 关闭监听套接字
    tcp_server_socket.close()        
        
    
if __name__=="__main__":
    main()

文件下载的客户端

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sun Mar  3 19:34:20 2019

@author: Douzi
"""

import socket

def main():
    
    # 创建socket
    tcp_socket_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 目的信息
    server_ip = "192.168.43.74" # 服务器的ip
    server_port = 7891          # 服务器的port
    
    # 链接服务器
    tcp_socket_client.connect((server_ip, server_port))
    
    # 输入需要下载的文件名
    file_name = input("输入要下载的文件名: ")
    
    # 发送文件下载请求
    tcp_socket_client.send(file_name.encode("utf-8"))
    
    # 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节 (1k)
    # 1024--1k, 1024*1024--1M,1024*1024*1024--1G
    recv_data = tcp_socket_client.recv(1024*1024)
    
    # print('接收到的数据', recv_data.decode('utf-8'))
    # 如果接收到数据再创建文件，否则不创建
    if recv_data:
        with open("[接收]"+file_name, "wb") as f:
            f.write(recv_data)
    
    # 关闭套接字
    tcp_socket_client.close()            
            

if __name__=="__main__":
    main()
            

---

2.6 tcp注意点

• tcp服务器 一般需要绑定，否则客户端找不到这个服务器

• tcp客户端 一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip，port等信息就好，本地客户端可随意

• tcp服务器通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变成被动的，这是做tcp服务器必须要做的

• 当客户端需要链接服务时，服务器端会有1个新的套接字，这个套接字用来标记这个客户端，单独为这个客户端服务

• listen后的套接字是被动套接字，用来接收 新的客户端 的链接请求，而accept返回的新套接字，是标记这个新客户端的。

• 关闭 listen 后的套接字 意味着 被动套接字被关闭了，会导致新的客户端不能够链接服务器，但是之前已经链接成功的客户端正常通信

• 关闭 accept 返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕。

• 当客户端的套接字 调用close后，服务器端会recv解阻塞，并且返回的长度为0，因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线。

udp	tcp:client	tcp:server
socket	socket	socket
bind	connect	bind()
sendto/recvfrom	send/recv	listen(128)
close	close	accept: client_socket, client_addr
		recv/send
		close

 

 

---

三. tcp的3次握手、4次挥手(重点 !)

• syn：标记请求的第一次
• ack：应答

3.1 3次握手

业务开始（客户端先请求）

3.2 4次挥手

业务结束后，关闭（客户端先关）

服务器先关闭，需要等待2-5分钟

设置当前服务器先close 即服务器4次挥手后资源能够立即是否，这样就保证了。下次运行程序时，可以立即执行

tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)