【0911 | Day 31】网络编程小结

目录

• 网络架构及其演变过程
  • 单机架构
  • CS架构
  • BS架构
• 互联网和互联网的组成
  • 教材版
  • 科普版
• OSI七层协议
  • 物理层
  • 数据链路层
  • 网络层
  • 传输层
  • 应用层
• Socket抽象层
• TCP协议的三次握手和四次挥手
  • 三次握手建立连接
  • 四次挥手断开连接
• 基于TCP协议的socket套接字编程
  • 服务端
  • 客户端
• 模拟ssh远程执行命令
  • 服务端
  • 客户端
• 粘包问题
• 解决粘包问题
• 基于UDP协议的socket套接字编程
  • 服务端
  • 客户端
• 基于socketserver实现并发的socket套接字编程
  • 服务端

网络架构及其演变过程

单机架构

不需要联网（单机游戏、离线应用）

CS架构

客户端直接和服务端交互（QQ、网络游戏）

BS架构

• 客户端嫁接在浏览器上,浏览器和服务端交互（淘宝、京东）
• B/S架构本质也是C/S

互联网和互联网的组成

教材版

1. 边缘部分: 服务端和客户端
2. 核心部分: 路由器/基站

科普版

1. 硬件: 网工的事情
2. 软件: 一大堆协议

OSI七层协议

物理层

硬件，传输电信号

数据链路层

对电信号分组，每一个数据报，都由报头和数据部分

以太网头：head（固定18个字节）

• 发送地址(mac地址)（6个字节）

• 接收地址(mac地址)（6个字节）

• 数据类型（6个字节）

data

mac地址可以确定唯一的计算机

网络层

对电信号分组

head

​ 以太网头:

​ 发送地址(ip地址):

​ 接收地址(ip地址):

data

互联网就是多个局域网,局域网通过路由器连接

ip地址+mac地址找到全世界独一无二的计算机

传输层

找到一个应用程序,每一个应用程序都会有一个独一无二的端口

ip地址+mac地址+端口找到全世界独一无二的计算机的唯一的应用程序

应用层

数据交互

Socket抽象层

应用程和传输层之间,你就是写了一个应用程序,服务端和客户端就是一个应用程序

TCP协议的三次握手和四次挥手

三次握手建立连接

1. 客户端像服务端发出连接的带上SYN的请求给服务端
2. 服务接收到后,返回一个带上SYN和ACK的请求给客户端
3. 客户端进入连接状态,并且发送一个带上ACK的请求给服务端
4. 服务端收到进入连接状态

四次挥手断开连接

1. 客户端发出带有FIN的请求给服务端
2. 服务端返回一个带有ACK的请求个客户端,说他已经知道了

然后服务端还有可能会有遗留的数据返回给客户端,会在这个时候发完

3. 服务端发完之后才会发送一个带有FIN和ACK的请求给客户端

如果客户端没有接收到这条请求,就没有第四条请求给服务端,服务端会隔一段时间再发一次带有FIN和ACK的请求给客户端...如果在2MSL时间内,客户端一直没有响应,则强行关闭

4. 客户端返回一个带有ACK请求给服务端,连接正常关闭

基于TCP协议的socket套接字编程

服务端

import socket

# 1. 符合TCP协议的手机
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # TCP

# 2. 绑定手机号 110
server.bind(('127.0.0.1', 8000))  # 127.0.0.1代表本地
# server.bind(('192.168.11.210',8000))  # 127.0.0.1代表本地

server.listen(5)  # 半连接池

# 3. 等待客户端连接
print('start...')
# 链接循环


while True:
    # 通信循环
    conn, client_addr = server.accept()
    while True:
        try:
            # 4. 收到消息receive
            data = conn.recv(1024)
            print(data)

            # 5. 回消息
            conn.send(data.upper())
        except ConnectionAbortedError:
            continue
        except ConnectionResetError:
            break

客户端

import socket

# 1. 创建符合TCp协议的手机
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# 2. 拨号
client.connect(('127.0.0.1',8000))

while True:
    msg = input('please enter your msg')  # dir
    # 3. 发送消息
    client.send(msg.encode('utf8'))

    # 4. 接收消息
    data = client.recv(1024)
    print(data)

模拟ssh远程执行命令

在客户端处模拟ssh发送指令,服务端通过subprocess执行该命令,然后返回命令的结果

服务端

import socket
import subprocess

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

server.bind(('192.168.11.210', 8000))
server.listen(5)

print('start...')
while True:
    conn, client_addr = server.accept()
    print(client_addr)

    while True:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)  # dir
            print(cmd)

            # 帮你执行cmd命令,然后把执行结果保存到管道里
            pipeline = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
                                        shell=True,
                                        stderr=subprocess.PIPE,
                                        stdout=subprocess.PIPE)

            stderr = pipeline.stderr.read()
            stdout = pipeline.stdout.read()

            conn.send(stderr)
            conn.send(stdout)

        except ConnectionResetError:
            break

客户端

import socket

# 1. 创建符合TCp协议的手机
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# 2. 拨号
client.connect(('192.168.11.210',8000))

while True:
    msg = input('please enter your msg')  # dir
    # 3. 发送消息
    client.send(msg.encode('utf8'))

    # 4. 接收消息
    data = client.recv(10)
    print(data.decode('gbk'))

粘包问题

1. 两个数据非常小,然后间隔时间又短
2. 数据太大,一次取不完,下一次还会取这个大数据

解决粘包问题

1. 在传数据之前,传一个数据的大小,数据的大小必须得定长

存在的问题：程序的运行速度远快于网络传输速度，所以在发送一段字节前，先用send去发送该字节流长度，这种方式会放大网络延迟带来的性能损耗

2. 利用struct模块，把要发送的数据长度转换成固定长度的字节

发送时	接收时
先发送struct转换好的数据长度4字节	先接受4个字节使用struct转换成数字来获取要接收的数据长度
再发送数据	再按照长度接收数据

基于UDP协议的socket套接字编程

• UDP无连接

服务端

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))

print('start...')
while True:
    data, client_addr = server.recvfrom(1024)
    print(client_addr)
    print(data)
    server.sendto(data.upper(), client_addr)

客户端

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg = input('please enter your msg:')
    client.sendto(msg.encode('utf8'), ('127.0.0.1', 8000))

    data = client.recvfrom(1024)
    print(data)

基于socketserver实现并发的socket套接字编程

• 让服务端同时和多个客户端进行连接,以前我们写的是一个警局有五部电话只有一个人,现在写的是五部电话五个人

服务端

# 同一时刻有多个人在接听
import socketserver
import subprocess
import struct


class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    # 通信循环
    def handle(self):

        while True:
            try:
                cmd = self.request.recv(1024)
                print(cmd)

                pipeline = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
                                            shell=True,
                                            stderr=subprocess.PIPE,
                                            stdout=subprocess.PIPE)

                stdout = pipeline.stdout.read()
                stderr = pipeline.stderr.read()

                count_len = len(stdout) + len(stderr)
                guding_bytes = struct.pack('i', count_len)

                self.request.send(guding_bytes)  # 4

                self.request.send(stderr + stdout)

            except ConnectionResetError:
                break


# 使用socketserver的连接循环(并发),但是使用了自己的通信循环
# myhandler = MyHandler()
if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8000), MyHandler, bind_and_activate=True)
    print('start...')
    server.serve_forever()