python网络编程

网络编程

part1:

网络编程基础

• 不变的:mac地址能够唯一标识你这台机器的

• 变化的:ip地址能够更好的更方便的找到你的机器

• 局域网:

  • 网段交换机不能理解ip地址,只能理解mac地址

• 局域网和局域网之间通信了:

  • 网关路由器可以理解ip地址

• ip地址：

  • *ipv4:四位点分十进制
  • *公网地址:需要我们自己申请购买的地址
  • *内网地址:保留字段（不在这个范围内的都是公网ip）
  • *特殊的ip地址
    • 127.0.0.1本地回环地址（表示我自己）测试的时候用的（过网卡不过交换机）

• *查看自己的ip地址ipconfig（window10）/ifconfig(mac/linux)

• *子网掩码也是一个ip地址用来判断两台机器在不在一个局域网内

• IPV6（一般小公司ipv4大公司ipv6）

• ip/mac确认机器的

• 端口确认机器上的具体应用程序的

• 概念的整理

  • 局域网的概念
    • 交换机
      • 在同一个局域网内的机器由交换机负责通信
      • 交换机只认识mac地址
      • 可以完成广播 组播 单播
    • 单播--mac地址(在网卡上)
  • 局域网之间通信
    • 路由器
      • 提供网关ip,同一个局域网的所有机器共享一个网关
      • 我们不能访问除了本局域网之外的其他内网的IP地址
    • 子网掩码
      • 用来判断两台机器是不是在一个网段内
  • ip地址:ipv4协议ipv6协议
  • mac地址:arp协议(通过ip找mac)

• 端口port:用来确认一台机器上的具体应用

osi五（七）层协议

osi五层协议

• 应用层 python代码
• 传输层 port tcp udp 四层路由器 四层交换机
• 网络层 ipv4 ipv6 路由器三层交换机
• 数据链路层 mac arp协议 网卡 二层交换机（单播，广播，组播arp协议用到前两种）
• 物理层

tcp和udp

• tcp(语音聊天/视频聊天)-线下缓存高强电影qq远程控制发邮件

  • 需要先建立连接然后才能通信的

  • 占用连接可靠(消息不会丢失)实时性高慢

  • 建立连接-三次握手（握手有客户段发起请求）

  • 断开连接-四次挥手

  • 什么是三次握手?什么是四次挥手?为什么握手是三次挥手是四次?这个过程都传递了哪些信号

  • 因为可能我有些话可能没跟他说完/他有些话可能没跟我说完

	tcp协议有
	# 三次握手
	  # 客户端向服务器端发送syn请求,
	  # 服务端向客户端回复ack并发送syn请求,
	  # 客户端接收到请求之后再回复ack表示建立连接
	  # 由客户端的connect + 服务端的accept
	# 四次挥手
	  # 客户端向服务端发送fin请求,
	  # 服务端回复ack确认
	  # 服务端向客户端发送fin请求,
	  # 客户端回复ack确认
      # 有客户端的close和服务端的close

• udp(发消息)-在线播放视频qq发消息微信消息
  • 不需要建立连接就可以通信的
  • 不占用连接不可靠(消息因为网络不稳定丢失)快

最简单的网络通信(基于tcp协议)

1. 客户端（client）：

import  socket

sk=socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9001))

msg=sk.recv(1024)#最多接受1024个
print(msg)

sk.send(b'bebebe')

sk.close()

2. 服务端(serve)：

import  socket

sk=socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9001))
sk.listen()

conn,addr=sk.accept()
conn.send(b'hell')
msg=conn.recv(1024)#最多接受1024个字节
print(msg)

conn.close()      #断开连接

sk.close()           #关闭整个serve服务

prat2:

tcp协议

• 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

1. 服务器端(server)：(即可服务器先发送也可客户端先发送)

import  socket
sk=socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9001))     #申请操作系统的资源，绑定一个ip 和端口（元组）
sk.listen()    # 代表socket服务已经开启

print('sk:',sk)
conn,addr=sk.accept()            #conn里存储的是一个客户端和我serve端的连接信息，等，到有客户端来访问和客户端建立联系
print('coon:',conn)
conn.send(b'hello')                 # send直接通过连接发送消息，不需要写地址
msg=conn.recv(1024)
print(msg)
conn.close()    #四次挥手,断开连接

sk.close()    #关闭服务，归还申请的操作系统资源

2. 客户端（client）:

import  socket

sk=socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9001))    # 客户端/tcp协议的方法，和serve端建立连接

msg=sk.recv(1024)    # 只接受消息
print(msg)

sk.send(b'bebebe')

sk.close()

利用tcp协议和多个客户端进行通信

1. 服务器端(server)：

sk=socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9001))#申请操作系统的资源
sk.listen()

while  True:#为了和多个客户端进行握手
	conn,addr=sk.accept()#能够和多个客户端握手了
	while  True:#和一个客户使劲聊天
		send_msg=input('>>>')
		conn.send(send_msg.encode('utf-8'))
		if  send_msg.upper()=='Q':break#关闭和该用户通信
		msg=conn.recv(1024).decode('utf-8')
		if  msg.upper()=='Q':break
		print(msg)
	conn.close()#挥手,断开连接

sk.close()#关闭服务，归还申请的操作系统资源

2. 客户端（client）:

import  socket

sk=socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9001))
while  True:#和服务器端使劲聊
	msg=sk.recv(1024).decode('utf-8')
	if  msg.upper()=='Q':break#关闭和该服务器通信
	print(msg)
	send_msg=input('>>>')
	sk.send(send_msg.encode('utf-8'))
	if  send_msg.upper()=='Q':break
sk.close()

struct模块

import   struct
#2的23次方都可以转换成4个字节
num1=129469649
num2=123
num3=8

ret1=struct.pack('i',num1)    # 转化为四字节
print(ret1)
ret2=struct.pack('i',num2)
print(ret2)
ret3=struct.pack('i',num3)
print(ret3)#返回的是4位字节

print(struct.unpack('i',ret1))   # 解开为原来长度
print(struct.unpack('i',ret2))
print(struct.unpack('i',ret3))

黏包现象只发生在tcp协议中：

1. 从表面上看，黏包问题主要是因为发送方和接收方的缓存机制、tcp协议面向流通信的特点。
   • 发生在发送端：发送数据小，间隔短。由于优化机制就合并在一起发送了
   • 发生在接受端：接受不及时，所以数据就在接受端的缓存端粘在一起了

• 粘包现象发生的本质：tcp协议的传输时流式传输，数据之间没有边界

2. 实际上，主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的

解决tcp协议中的粘包现象

1. 服务器端(server)：

import  struct
sk=socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9001))#申请操作系统的资源
sk.listen()

conn,addr=sk.accept()    #conn里存储的是一个客户端和我serve端的连接信息

msg1=input('>>>').encode()
msg2=input('>>>').encode()
  #num=str(len(msg1))#'6'
  #ret=num.zfill(4)#'0006'
  #conn.send(ret.encode('utf-8'))
blen=struct.pack('i',len(msg1))
print(blen)
conn.send(blen)
conn.send(msg1)
conn.send(msg2)

conn.close()#四次挥手,断开连接

sk.close()#关闭服务，归还申请的操作系统资源

2. 客户端（client）:

import  time
import  socket
import  struct
sk=socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9001))

length=sk.recv(4)    # 因为socket发送的是4个字节
length=struct.unpack('i',length)[0]  #因为其返回的是个元组
msg1=sk.recv(length)
print(msg1.decode('utf-8'))

msg2=sk.recv(1024)
print(msg2.decode('utf-8'))
sk.close()

解决粘包的本质：设置边界（发送多少个接受多少个）

• 粘包现象：本来分开的数据粘合到一起去了
• 只出现在tcp协议中,因为tcp协议多条消息之间没有边界，并且还有一大推优化算法
• 发送端：两条消息都很短，发送的间隔时间也非常短
• 接收端：多条消息由于没有及时接受，而在接受方的缓存短，堆在一起导致的粘包
• tcp协议数据之间没有边界，可以传输大的数据

udp协议

• 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（不会粘包）

1. 服务器端(server)：（不需要listen监听）

import  socket
#type=socket.SOCK_DGRAM：udp协议          默认是tcp协议
sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',9001))     #申请操作系统的资源
while  True:
	msg,addr=sk.recvfrom(1024)        # 接受消息和地址
	print(msg.decode('utf-8'))
	mmsg=input('>>>')
	sk.sendto(mmsg.encode('utf-8'),addr)      # 需要写一个对方的地址
sk.close()  # 关闭服务器套接字 #关闭服务，归还申请的操作系统资源

2. 客户端（client）:（由客户端发起对话）

import  socket
sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

serve=('127.0.0.1',9001)
while  True:
	mmmsg=input('>><')
	if  mmmsg.upper()=='Q':break
	sk.sendto(mmmsg.encode('utf-8'),serve)

	msg=sk.recv(1024).decode('utf-8')
	if  msg.upper()=='Q':break
print(msg)

part3:

验证客户端的合法性

1. serve端：

import  socket
import  os
import  hashlib

secret_key=b'hahaha'
sk=socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',9001))
sk.listen()

conn,addr=sk.accept()
#创建一个随机的字符串
rand=os.urandom(32)
#发送随机字符串
conn.send(rand)

#根据发送的字符串+secretekey进行摘要
sha=hashlib.sha1(secret_key)
sha.update(rand)
res=sha.hexdigest()

#等待接受客户端的摘要结果
res_client=conn.recv(1024).decode('utf-8')
#做对比
if  res_client==res:
	print('是合法的客户端')
	conn.send(b'hello')
else:
	conn.close()
#如果不一致，这关闭连接

2. client端：

import  socket
import  hashlib

secret_key=b'hahaha'
sk=socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9001))

#接收客户端发送的随机字符串
rand=sk.recv(32)
#根据发送的字符串+secretkey进行摘要
sha=hashlib.sha1(secret_key)
sha.update(rand)
res=sha.hexdigest()
#摘要结果发送回server端
sk.send(res.encode('utf-8'))
#继续和server端进行通信
msg=sk.recv(1024)
print(msg)

sk.close()

socketserver模块--针对并发编程

• socket底层模块
• socketserver基于socket完成的
• tcp协议的server端处理并发的客户端请求
• 例子：网盘：文件的上传和下载

1. server端：

import  socketserver

class  Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):
	def  handle(self):
		conn=self.request
		while  True:
			try:
				content=conn.recv(1024).decode('utf-8')
				print(content)
				conn.send(content.upper().encode('utf-8'))
			except  ConnectionResetError:
				break

server=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',9001),Myserver)
server.serve_forever()

2. client端：与原来的相同

import  socket
sk=socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9001))

while  True:
	sk.send(b'hello')
	content=sk.recv(1024).decode('utf-8')
print(content)