Python网络编程——UDP与TCP

Python网络编程——UDP与TCP

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1、用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)

①用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)
UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。
②IP（网络之间互连的协议）
互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），缩写为IP地址（英语：IP Address），是分配给用户上网使用的网际协议（英语：Internet Protocol, IP）的设备的数字标签。常见的IP地址分为IPv4与IPv6两大类，但是也有其他不常用的小分类。

查看IP信息
Linux在终端输入 ifconfig ，可以看到 IP 信息
windows在cmd中输入 ipconfig，可以看到 IP信息

sudo ifconfig ensXX down 关闭ensXX网卡
sudo ifconfig ensXX up 开启ensXX网卡

私有IP
国际规定有一部分IP地址是用于我们的局域网使用，也就是属于私网IP，不在公网中使用的，它们的范围是：
10.0.0.0～10.255.255.255
172.16.0.0～172.31.255.255
192.168.0.0～192.168.255.255

IP地址127．0．0．1~127．255．255．255用于回路测试，
如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，用http://127.0.0.1就可以测试本机中配置的Web服务器。

③端口
"端口"是英文port的意译，可以认为是设备与外界通讯交流的出口。端口可分为虚拟端口和物理端口，其中虚拟端口指计算机内部或交换机路由器内的端口，不可见。例如计算机中的80端口、21端口、23端口等。物理端口又称为接口，是可见端口，计算机背板的RJ45网口，交换机路由器集线器等RJ45端口。
IP可以看成是一间房子，而端口可以看成是房子里的门
端口号只有整数，范围是从0到65535

知名端口
知名端口号（well-known port numbers）就是那些由互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）预留给传输控制协议（TCP）和用户数据包协议（UDP）使用的端口号。范围是0到1023。
比如：80端口分配给HTTP服务，21端口是分配给FTP服务的
知名端口可以理解成，比如电话号码，中国110,119,120等等，这些电话都已经按规定分配好了

动态端口
动态端口号（dynamic port numbers），即私人端口号（private port numbers），是可用于任意软件与任何其他的软件通信的端口数，使用因特网的传输控制协议，或用户传输协议。动态端口的范围是从1024到65535

查看端口号
用“netstat －an”查看端口状态
lsof -i [tcp/udp]:2425

④socket套接字
Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。
网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口；HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力。

Python创建socket
import socket
socket.socket(AddressFamily, Type)
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）,实际工作中常用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）
套接字使用流程 与 文件的使用流程很类似
创建套接字
使用套接字收/发数据
关闭套接字

创建一个tcp socket（tcp套接字）
import socket

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

创建udp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()

socket练习
#coding=utf-8
from socket import *

1. 创建udp套接字

udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

2. 准备接收方的地址

'192.168.1.103’表示目的ip地址

8080表示目的端口

dest_addr = (‘192.168.1.103’, 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)

5. 关闭套接字

udp_socket.close()

udp网络程序-发送、接收数据
#coding=utf-8
from socket import *

1. 创建udp套接字

udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

2. 准备接收方的地址

dest_addr = (‘192.168.236.129’, 8080)

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

udp_socket.sendto(send_data.encode(‘utf-8’), dest_addr)

5. 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

6. 显示对方发送的数据

接收到的数据recv_data是一个元组

第1个元素是对方发送的数据

第2个元素是对方的ip和端口

print(recv_data[0].decode(‘gbk’))
print(recv_data[1])

7. 关闭套接字

udp_socket.close()

编码与解码
编码
str.encode()
解码
bytes.decode()

绑定端口
#coding=utf-8
from socket import *

1. 创建套接字

udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

2. 绑定本地的相关信息，如果一个网络程序不绑定，则系统会随机分配

local_addr = (’’, 7788) # ip地址和端口号，ip一般不用写，表示本机的任何一个ip
udp_socket.bind(local_addr)

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

4. 显示接收到的数据

print(recv_data[0].decode(‘gbk’))

5. 关闭套接字

udp_socket.close()
发送端可以不绑定端口号，防止占用其他的端口，发送时采用随机分配端口的策略；而接收端（服务端）必须绑定端口号

UDP聊天案例
import socket
def send_msg(udp_socket):
“”“获取键盘数据，并将其发送给对方”""
# 1. 从键盘输入数据
msg = input("\n请输入要发送的数据:")
# 2. 输入对方的ip地址
dest_ip = input("\n请输入对方的ip地址:")
# 3. 输入对方的port
dest_port = int(input("\n请输入对方的port:"))
# 4. 发送数据
udp_socket.sendto(msg.encode(“utf-8”), (dest_ip, dest_port))
def recv_msg(udp_socket):
“”“接收数据并显示”""
# 1. 接收数据
recv_msg = udp_socket.recvfrom(1024)
# 2. 解码
recv_ip = recv_msg[1]
recv_msg = recv_msg[0].decode(“utf-8”)
# 3. 显示接收到的数据
print(">>>%s:%s" % (str(recv_ip), recv_msg))
def main():
# 1. 创建套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 2. 绑定本地信息
udp_socket.bind(("", 7890))
while True:
# 3. 选择功能
print("="*30)
print(“1:发送消息”)
print(“2:接收消息”)
print("="*30)
op_num = input(“请输入要操作的功能序号:”)
# 4. 根据选择调用相应的函数
if op_num == “1”:
send_msg(udp_socket)
elif op_num == “2”:
recv_msg(udp_socket)
else:
print(“输入有误，请重新输入…”)
if name == “main”:
main()

⑤了解：
单工（Simplex Communication）
单工（Simplex Communication）模式的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线

半双工(Half Duplex)
半双工(Half Duplex)数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。例如，在一个局域网上使用具有半双工传输的技术，一个工作站可以在线上发送数据，然后立即在线上接收数据，这些数据来自数据刚刚传输的方向。像全双工传输一样，半双工包含一个双向线路（线路可以在两个方向上传递数据）

全双工（Full Duplex）
全双工（Full Duplex）是通讯传输的一个术语。通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。全双工指可以同时（瞬时）进行信号的双向传输（A→B且B→A）。指A→B的同时B→A，是瞬时同步的

2、传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
①TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）
TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。
TCP通信需要经过 创建连接、传输数据、终止连接
这种连接是一对一的，因此TCP不适用于广播的应用程序，基于广播的应用程序请使用UDP协议

可靠传输机制
1）TCP采用发送应答机制
TCP发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段传输成功

2）超时重传
发送端发出一个报文段之后就启动定时器，如果在定时时间内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被进行重传

3）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

4. 流量控制和阻塞管理
   流量控制用来避免主机发送得过快而使接收方来不及完全收下

TCP客户端
from socket import *

创建socket

tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

目的信息

server_ip = input(“请输入服务器ip:”)
server_port = int(input(“请输入服务器port:”))

链接服务器

tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))

提示用户输入数据

send_data = input(“请输入要发送的数据：”)
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(‘接收到的数据为:’, recvData.decode(‘gbk’))

关闭套接字

tcp_client_socket.close()

TCP服务端
流程：
socket创建套接字
bind绑定IP和Port
listen使套接字变为可以被动链接状态
accept等待客户端的链接
recv/send接收发送数据
from socket import *

创建socket

tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

本地信息

address = (’’, 7788)

绑定

tcp_server_socket.bind(address)

使用socket创建的套接字默认的属性是主动的，使用listen将其变为被动的，这样就可以接收别人的链接了

tcp_server_socket.listen(128)

如果有新的客户端来链接服务器，那么就产生一个新的套接字专门为这个客户端服务

client_socket用来为这个客户端服务

tcp_server_socket就可以省下来专门等待其他新客户端的链接

client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.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(‘接收到的数据为:’, recv_data.decode(‘gbk’))

发送一些数据到客户端

client_socket.send(“thank you !”.encode(‘gbk’))

关闭为这个客户端服务的套接字，只要关闭了，就意味着为不能再为这个客户端服务了，如果还需要服务，只能再次重新连接

client_socket.close()

文件下载器
服务器
from socket import *
import sys
def get_file_content(file_name):
“”“获取文件的内容”""
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(“请按照如下方式运行：python3 xxx.py 7890”)
return
else:
# 运行方式为python3 xxx.py 7890
port = int(sys.argv[1])
# 创建socket
tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 本地信息
address = (’’, 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, clientAddr = tcp_server_socket.accept()
# 接收对方发送过来的数据
recv_data = client_socket.recv(1024) # 接收1024个字节
file_name = recv_data.decode(“utf-8”)
print(“对方请求下载的文件名为:%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，因此不需要encode编码
if file_content:
client_socket.send(file_content)
# 关闭这个套接字
client_socket.close()
# 关闭监听套接字
tcp_server_socket.close()
if name == “main”:
main()

客户端
from socket import *
def main():
# 创建socket
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 目的信息
server_ip = input(“请输入服务器ip:”)
server_port = int(input(“请输入服务器port:”))
# 链接服务器
tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))
# 输入需要下载的文件名
file_name = input(“请输入要下载的文件名：”)
# 发送文件下载请求
tcp_client_socket.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）
recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
# print(‘接收到的数据为:’, 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_client_socket.close()

if name == “main”:
main()