4.17课堂

网络编程

一 客户端/服务器架构

1.硬件C/S架构(打印机)

2.软件C/S架构

互联网中处处是C/S架构

如黄色网站是服务端，你的浏览器是客户端（B/S架构也是C/S架构的一种）

腾讯作为服务端为你提供视频，你得下个腾讯视频客户端才能看它的视频）

C/S架构与socket的关系：

我们学习socket就是为了完成C/S架构的开发

二 osi七层

五层协议
    应用层 --->(应用层,表示层,会话层)
    传输层
    网络层
    数据链路层
    物理层

协议：规定数据的组织格式
    格式：头部+数据部分

    封包裹的过程：数据外加头
    拆包裹的过程：拆掉头获取数据

#1 五层协议
计算机1：                            计算机2：

应用层                               应用层
传输层                               传输层
网络层                               网络层
数据链路层                            数据链路层
物理层  <===========交互机===========> 物理层
                                     0101010101010

（源mac地址，目标mac地址）（源ip地址，目标ip地址）数据


#1.1 物理层负责发送电信号
一组物理层数据称之为：位
单纯的电信号毫无意义，必须对其进行分组


#1.2 数据链路层：ethernet以太网协议
规定1：一组数据称之为一个数据帧
规定2：数据帧分成两部分=》头+数据
    头包含：源地址与目标地址，该地址是mac地址
    数据包含：包含的是网络层发过来的整体的内容

规定3：规定但凡接入互联网的主机必须有一块网卡，每块网卡在出厂时都烧制好一个全世界独一无二的地址，该地址称之为mac地址

注意：计算机通信基本靠吼，即以太网协议的工作方式是广播

（egon，血嫌弃）（帮我买包子）

#1.3 网络层：IP协议
要达到的目的：
划分广播域
每一个广播域但凡要接通外部，一定要有一个网关帮内部的计算机转发包到公网
网关与外界通信走的是路由协议

规定1：一组数据称之为一个数据包
规定2：数据帧分成两部分=》头+数据
    头包含：源地址与目标地址，该地址是IP地址
    数据包含的：传输层发过来的整体的内容


ipv4地址：
8bit.8bit.8bit.8bit

0.0.0.0
255.255.255.255

子网掩码：
8bit.8bit.8bit.8bit

255.255.255.0对应的二进制表达
11111111.11111111.11111111.00000000

一个合法的ipv4地址组成部分=ip地址/子网掩码地址
172.16.10.1/255.255.255.0
172.16.10.1/24


计算机1：
172.16.10.1：     10101100.00010000.00001010.000000001
255255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0:      10101100.00010000.00001010.000000000


计算机2：
172.16.10.2：      10101100.00010000.00001010.000000010
255.255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0:       10101100.00010000.00001010.000000000




计算机1：                            计算机2：

应用层                               应用层
传输层                               传输层
网络层                               网络层
数据链路层                           数据链路层
物理层  <=========二层交互机========> 物理层
                                     0101010101010

（源mac地址，xxxx）（源ip地址，目标ip地址）数据
（源mac地址，网关的mac地址）（172.16.10.10/24，101.100.200.11/10）数据


事先知道的是对方的ip地址
但是计算机的底层通信是基于ethernet以太网协议的mac地址通信

ARP：
所以必须能够将ip地址解析成mac地址(广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址)


# 两台计算机在同一个局域网内
计算机1：172.16.10.10/24             直接              计算机2：172.16.10.11/24
ARP：
自己的ip，对方的ip
1、计算二者网络地址，如果一样，拿到计算机2的mac地址就可以了
2、发送广播包
发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	172.16.10.10/24	172.16.10.11/24	数据



# 两台计算机不在同一个局域网内

计算机1：172.16.10.10/24	              网关           计算机2：101.100.200.11/10
ARP：
自己的ip，对方的ip
1、计算机二者网络地址，如果不一样，应该拿到网关的mac地址
2、发送广播包
发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	172.16.10.10/24	172.16.10.1/24	数据


#1.3.1 总结******
ip地址+mac地址=》标识全世界范围内独一无二的一台计算机

或者：
ip地址=》标识全世界范围内独一无二的一台计算机


#1.4传输层
传输层功能：建立端口到端口的通信
补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

tcp协议：
可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长。

udp协议：
不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

#1.5应用层
应用层功能：规定应用程序的数据格式。

三 socket层

四 socket是什么

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。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。
也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序
而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

五 套接字发展史及分类

套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。

基于文件类型的套接字家族
套接字家族的名字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

基于网络类型的套接字家族
套接字家族的名字：AF_INET

(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

六 套接字工作流程

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

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。

获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM

服务端套接字函数
s.bind() 绑定(主机,端口号)到套接字
s.listen() 开始TCP监听
s.accept() 被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字函数
s.connect() 主动初始化TCP服务器连接
s.connect_ex() connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

公共用途的套接字函数
s.recv() 接收TCP数据
s.send() 发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
s.sendall() 发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
s.recvfrom() 接收UDP数据
s.sendto() 发送UDP数据
s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址
s.getsockname() 当前套接字的地址
s.getsockopt() 返回指定套接字的参数
s.setsockopt() 设置指定套接字的参数
s.close() 关闭套接字

面向锁的套接字方法
s.setblocking() 设置套接字的阻塞与非阻塞模式
s.settimeout() 设置阻塞套接字操作的超时时间
s.gettimeout() 得到阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字的函数
s.fileno() 套接字的文件描述符
s.makefile() 创建一个与该套接字相关的文件

七 基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

tcp服务端

ss = socket() #创建服务器套接字
ss.bind()      #把地址绑定到套接字
ss.listen()      #监听链接
inf_loop:      #服务器无限循环
    cs = ss.accept() #接受客户端链接
    comm_loop:         #通讯循环
        cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
    cs.close()    #关闭客户端套接字
ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

tcp客户端

cs = socket()    # 创建客户套接字
cs.connect()    # 尝试连接服务器
comm_loop:        # 通讯循环
    cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
cs.close()            # 关闭客户套接字