【Python】【廖雪峰】【网络编程】

#【【网络编程】】

# 网络通信就是两个进程之间在通信

# 【TCP/IP】
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TCP/IP简介

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虽然大家现在对互联网很熟悉,但是计算机网络的出现比互联网要早很多。

计算机为了联网,就必须规定通信协议,早期的计算机网络,都是由各厂商自己规定一套协议,IBM、Apple和Microsoft都有各自的网络协议,互不兼容,这就好比一群人有的说英语,有的说中文,有的说德语,说同一种语言的人可以交流,不同的语言之间就不行了。

为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来,就必须规定一套全球通用的协议,为了实现互联网这个目标,互联网协议簇(Internet Protocol Suite)就是通用协议标准。Internet是由inter和net两个单词组合起来的,原意就是连接“网络”的网络,有了Internet,任何私有网络,只要支持这个协议,就可以联入互联网。

因为互联网协议包含了上百种协议标准,但是最重要的两个协议是TCP和IP协议,所以,大家把互联网的协议简称TCP/IP协议。

通信的时候,双方必须知道对方的标识,好比发邮件必须知道对方的邮件地址。互联网上每个计算机的唯一标识就是IP地址,类似123.123.123.123。如果一台计算机同时接入到两个或更多的网络,比如路由器,它就会有两个或多个IP地址,所以,IP地址对应的实际上是计算机的网络接口,通常是网卡。

IP协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机。数据被分割成一小块一小块,然后通过IP包发送出去。由于互联网链路复杂,两台计算机之间经常有多条线路,因此,路由器就负责决定如何把一个IP包转发出去。IP包的特点是按块发送,途径多个路由,但不保证能到达,也不保证顺序到达。

internet-computers

IP地址实际上是一个32位整数(称为IPv4),以字符串表示的IP地址如192.168.0.1实际上是把32位整数按8位分组后的数字表示,目的是便于阅读。

IPv6地址实际上是一个128位整数,它是目前使用的IPv4的升级版,以字符串表示类似于2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334。

TCP协议则是建立在IP协议之上的。TCP协议负责在两台计算机之间建立可靠连接,保证数据包按顺序到达。TCP协议会通过握手建立连接,然后,对每个IP包编号,确保对方按顺序收到,如果包丢掉了,就自动重发。

许多常用的更高级的协议都是建立在TCP协议基础上的,比如用于浏览器的HTTP协议、发送邮件的SMTP协议等。

一个TCP报文除了包含要传输的数据外,还包含源IP地址和目标IP地址,源端口和目标端口。

端口有什么作用?在两台计算机通信时,只发IP地址是不够的,因为同一台计算机上跑着多个网络程序。一个TCP报文来了之后,到底是交给浏览器还是QQ,就需要端口号来区分。每个网络程序都向操作系统申请唯一的端口号,这样,两个进程在两台计算机之间建立网络连接就需要各自的IP地址和各自的端口号。

一个进程也可能同时与多个计算机建立链接,因此它会申请很多端口。

了解了TCP/IP协议的基本概念,IP地址和端口的概念,我们就可以开始进行网络编程了。
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# 【TCP】
# Socket是网络编程里的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示"打开了一个网络连接",而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号,再指定协议类型即可。
# 客户端
import socket

#创建Socket时,AF_INET指定使用IPv4协议,如果要用更先进的IPv6,就用AF_INET6.SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议。
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
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作为服务器,提供什么样的服务,端口号就必须固定下来。由于我们想要访问网页,因此新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口,
因为80端口是Web服务的标准端口。其他服务都有对应的标准端口号,例如SMTP服务是25端口,FTP服务是21端口,等等。
端口号小于1024的是Internet标准服务的端口,端口号大于1024的,可以任意使用。
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s.connect(('www.sina.com.cn',80))
# 建立连接后,就可以向新浪服务器发送请求,请求首页内容
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')
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TCP连接创建的是双向通道,双方都可以同时给对方发数据。
但是谁先发谁后发,怎么协调,要根据具体的协议来决定。
例如,HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器,服务器收到后才发数据给客户端。
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#接收返回数据
buffer = []
while True:
#每次最多接收1k字节
d = s.recv(1024)
if d:
buffer.append(d)
else:
break
data = b''.join(buffer)
# 接收完数据后,关闭连接
s.close()
# 接收到数据包含HTTP头和网页本身,我们只需要把头和网页分离,把HTTP头打印出来,网页内容保存到文件
header,html = data.split(b'\r\n\r\n',1)
print (header.decode('utf-8'))
#with open('sina.html','wb') as f:
# f.write(html)
#现在,只需要在浏览器中打开这个sina.html文件,就可以看到新浪的首页了。

# 服务器
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和客户端编程相比,服务器编程就要复杂一些。

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了,服务器就与该客户端建立Socket连接,随后的通信就靠这个Socket连接了。

所以,服务器会打开固定端口(比如80)监听,每来一个客户端连接,就创建该Socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接,所以,服务器要能够区分一个Socket连接是和哪个客户端绑定的。一个Socket依赖4项:服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个Socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端的请求,所以,每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理,否则,服务器一次就只能服务一个客户端了。
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# 例子 我们来编写一个简单的服务器程序,接收客户端连接,把客户端发来的字符串加上Hello再发回去
import socket
import threading
import time

def tcplink(sock,addr):
print ('Accept new connection from %s:%s' % addr)
sock.send(b'Welcom!')
while True:
data = sock.recv(1024)
time.sleep(1)
if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
break
sock.send(('Hello %s' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
sock.close()
print ('Connection from %s:%s closed..' % addr)

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
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然后,绑定监听的地址和端口。
服务器可能有多块网卡
(服务器可以有多个网卡,取决于硬件配置,如果只有一个接口但是要设置多个IP,则可以设置一个网卡分出来多个接口,有一分二,一分四等。
这样,就可以同时使用多个IP,普通计算机上网一个网卡就够了,多个不但贵,而且还容易引起网络冲突,虽然可以设置),
可以绑定到某一块网卡的IP地址上,一可以用0.0.0.0 绑定到所有网络地址,haike还可以用127.0.0.1绑定到本机地址,
127.0.0.1是一个特殊的IP地址,表示本机地址,如果绑定,客户端必须同时在本机运行才能连接。也就是说,外部计算机无法连接进来。
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#端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务,所以用9999这个端口号。请注意,小雨1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定
#监听端口
s.bind(('127.0.0.1',9999))
#紧接着,调用listen()开始监听端口,传入的参数指定等待连接的最大数量
s.listen(5)
print ('Waiting for connection.....')
#接下来,服务器需要通过一个永久循环来接收来自客户端的连接。accept()会等待并返回一个客户端连接
while True:
#接收一个新连接
sock,addr = s.accept()
#创建新线程来处理TCP连接
t = threading.Thread(target=tcplink,args=(sock,addr))
t.start()
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# 客户端程序
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#建立连接
s.connect(('127.0.0.1',9999))
#接收欢迎信息
print (s.recv(1024).decode('utf-8'))
for data in [b'Michael',b'Tracy',b'Sarah']:
#发送数据
s.send(data)
print (s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.send(b'exit')
s.close()
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#验证本程序,需要打开两个命令行窗口,一个运行服务器,一个运行客户端
#需要注意的是,客户端程序运行完毕就退出了,而服务器程序会永远运行下去,必须按Ctrl+C退出程序。

#【小结】
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用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单,对于客户端,要主动连接服务器的IP和指定端口,对于服务器,要首先监听指定端口,
然后,对每一个新的连接,创建一个线程或进程来处理。通常,服务器程序会无限运行下去。
同一个端口,被一个Socket绑定了以后,就不能被别的Socket绑定了。
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# 【UDP】
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TCP是建立可靠连接,并且通信双方都可以以流的形式发送数据。相对TCP,UDP则是面向无连接的协议。

使用UDP协议时,不需要建立连接,只需要知道对方的IP地址和端口号,就可以直接发数据包。但是,能不能到达就不知道了。

虽然用UDP传输数据不可靠,但它的优点是和TCP比,速度快,对于不要求可靠到达的数据,就可以使用UDP协议。

我们来看看如何通过UDP协议传输数据。和TCP类似,使用UDP的通信双方也分为客户端和服务器。服务器首先需要绑定端口:

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
创建Socket时,SOCK_DGRAM指定了这个Socket的类型是UDP。绑定端口和TCP一样,但是不需要调用listen()方法,而是直接接收来自任何客户端的数据:

print('Bind UDP on 9999...')
while True:
# 接收数据:
data, addr = s.recvfrom(1024)
print('Received from %s:%s.' % addr)
s.sendto(b'Hello, %s!' % data, addr)
recvfrom()方法返回数据和客户端的地址与端口,这样,服务器收到数据后,直接调用sendto()就可以把数据用UDP发给客户端。

注意这里省掉了多线程,因为这个例子很简单。

客户端使用UDP时,首先仍然创建基于UDP的Socket,然后,不需要调用connect(),直接通过sendto()给服务器发数据:

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
# 发送数据:
s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))
# 接收数据:
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()
从服务器接收数据仍然调用recv()方法。
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# 【小结】
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UDP的使用与TCP类似,但是不需要建立连接。此外,服务器绑定UDP端口和TCP端口互不冲突,也就是说,UDP的9999端口与TCP的9999端口可以各自绑定
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转载自www.cnblogs.com/suren2017/p/9385517.html