Python-网络编程之socket

目录

• 软件开发架构
  • C/S 架构
  • B/S 架构
• 网络编程
  • 网络编程的发展史
• 互联网协议
  • 物理链路层
  • 数据链路层
  • 网络层
  • 传输层
    • TCP工做原理
  • 应用层
• Socket
  • 什么是Socket
  • 为何要使用Socket
  • 如何使用

软件开发架构

开发软件，必需要开发一套客户端与服务端

客户端：使用服务

服务端：提供服务

C/S 架构

c即client：客户端

S即Server：服务端

优势：软件使用稳定，节省网络资源

缺点：一、下载客户端 二、每次更新须要更新客户端

C/S 架构的软件：例如qq

B/S 架构

B即Browser：浏览器（浏览器也是软件）

S即Server：服务端

优势：一、以浏览器充当客户端，无需下载客户端 二、无需更新

缺点：网络资源消耗大

B/S 架构例如：在浏览器输入 xxx域名

网络编程

网络编程的发展史

全部先进数都源自于军事，但愿经过远程获取数据，因此出现了网络编程

要实现远程通讯必须具有：

一、 物理链接介 --> 网卡

二、 互联网协议 --> OSI七层协议

互联网协议

互联网协议又称为网络七层协议，OSI七层协议，OSI是一个世界标准组织

OSI 七层协议：

• 应用层
• 表示层
• 会话层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理链路层

物理链路层

基于电流信号发送二进制数据

数据链路层

以太网协议，专门处理基于电流信号发送的二进制的数据

以太网协议规定好电流信号数据的分组方式，每一台链接网线的电脑都必须有一块网卡，网卡由不一样厂商生产，每块网卡都有世界上惟一的12位的编号

交换机

数据链路层的一个应用，它能够将多态电脑链接到一块儿

基于以太网协议发送广播、单播 数据，但有一点很差会产生广播风暴，不能跨局域网通讯

互联网

互联网的出现 可让局域网之间通讯

网络层

基于IP工做

IP地址

用于标识惟一的一台计算机的地址

传输层

TCP/UDP 协议，基于端口工做

端口号 标识了电脑上某一个软件，端口号范围：0-65535

咱们在开发中经常使用软件的默认端口号：

MySql：3306

Mongodb：27017

Django：8000

Tomcat：8080

Flask：5000

Redis：6379

若 客户端与服务端想要通讯，必需要创建链接，产生双向通道

一条通道是客户端往服务端发送消息

另外一条是服务端往客户端发送消息

TCP工做原理

TCP三次握手

张三首先向李四招手(syn)，李四看到张三向本身招手后，向对方点了点头挤出了一个微笑(ack)。张三看到李四微笑后确认了李四成功辨认出了本身(进入estalished状态)。

可是李四还有点狐疑，向四周看了一看，有没有可能张三是在看别人呢，他也须要确认一下。

因此李四也向张三招了招手(syn)，张三看到李四向本身招手后知道对方是在寻求本身的确认，因而也点了点头挤出了微笑(ack)，李四看到对方的微笑后确认了张三就是在向本身打招呼(进入established状态)。

因而两人加快步伐，走到了一块儿，相互拥抱

咱们看到这个过程当中一共是四个动做，张三招手--李四点头微笑--李四招手--张三点头微笑。

其中李四连续进行了2个动做，先是点头微笑(回复对方)，而后再次招手(寻求确认)，实际上能够将这两个动做合一，招手的同时点头和微笑(syn+ack)。

因而四个动做就简化成了三个动做，张三招手--李四点头微笑并招手--张三点头微笑。这就是三次握手的本质，中间的一次动做是两个动做的合并。

咱们看到有两个中间状态，syn_sent和syn_rcvd，这两个状态叫着「半打开」状态，就是向对方招手了，可是还没来得及看到对方的点头微笑。

syn_sent是主动打开方的「半打开」状态，syn_rcvd是被动打开方的「半打开」状态。客户端是主动打开方，服务器是被动打开方。

TCP 数据传输就是两我的隔空对话，差了一点距离，因此须要对方反复确认听见了本身的话。

张三喊了一句话(data)，李四听见了以后要向张三回复本身听见了(ack)。

若是张三喊了一句，半天没听到李四回复，张三就认为本身的话被大风吹走了，李四没听见，因此须要从新喊话，这就是tcp重传。

也有多是李四听到了张三的话，可是李四向张三的回复被大风吹走了，以致于张三没听见李四的回复。

张三并不能判断到底是本身的话被大风吹走了仍是李四的回复被大风吹走了，张三也不用管，重传一下就是。

既然会重传，李四就有可能同一句话听见了两次，这就是「去重」。「重传」和「去重」工做操做系统的网络内核模块都已经帮咱们处理好了，用户层是不用关心的。

张三能够向李四喊话，一样李四也能够向张三喊话，由于tcp连接是「双工的」，双方均可以主动发起数据传输。不过不管是哪方喊话，都须要收到对方的确认才能认为对方收到了本身的喊话。

张三多是个高射炮，一说连说了八句话，这时候李四能够不用一句一句回复，而是连续听了这八句话以后，一块儿向对方回复说前面你说的八句话我都听见了，这就是批量ack。

可是张三也不能一次性说了太多话，李四的脑子短期可能没法消化太多，两人之间须要有协商好的合适的发送和接受速率，这个就是「TCP窗口大小」。

网络环境的数据交互同人类之间的对话还要复杂一些，它存在数据包乱序的现象。

同一个来源发出来的不一样数据包在「网际路由」上可能会走过不一样的路径，最终达到同一个地方时，顺序就不同了。

操做系统的网络内核模块会负责对数据包进行排序，到用户层时顺序就已经彻底一致了。

TCP 四次挥手

TCP断开连接的过程和创建连接的过程比较相似，只不过中间的两部并不老是会合成一步走，因此它分红了4个动做，张三挥手(fin)——李四伤感地微笑(ack)——李四挥手(fin)——张三伤感地微笑(ack)。

之因此中间的两个动做没有合并，是由于tcp存在「半关闭」状态，也就是单向关闭。

张三已经挥了手，但是人尚未走，只是再也不说话，可是耳朵仍是能够继续听，李四呢继续喊话。等待李四累了，也再也不说话了，超张三挥了挥手，张三伤感地微笑了一下，才完全结束了。

上面有一个很是特殊的状态time_wait，它是主动关闭的一方在回复完对方的挥手后进入的一个长期状态，这个状态标准的持续时间是4分钟，4分钟后才会进入到closed状态，释放套接字资源。不过在具体实现上这个时间是能够调整的。

它就比如主动分手方要承担的责任，是你提出的要分手，你得付出代价。这个后果就是持续4分钟的time_wait状态，不能释放套接字资源(端口)，就比如守寡期，这段时间内套接字资源(端口)不得回收利用。

它的做用是重传最后一个ack报文，确保对方能够收到。由于若是对方没有收到ack的话，会重传fin报文，处于time_wait状态的套接字会当即向对方重发ack报文。

同时在这段时间内，该连接在对话期间于网际路由上产生的残留报文(由于路径过于崎岖，数据报文走的时间太长，重传的报文都收到了，原始报文还在路上)传过来时，都会被当即丢弃掉。

4分钟的时间足以使得这些残留报文完全消逝。否则当新的端口被重复利用时，这些残留报文可能会干扰新的连接。

4分钟就是2个MSL，每一个MSL是2分钟。MSL就是maximium segment lifetime——最长报文寿命。这个时间是由官方RFC协议规定的。至于为何是2个MSL而不是1个MSL，我尚未看到一个很是满意的解释。

四次挥手也并不老是四次挥手，中间的两个动做有时候是能够合并一块儿进行的，这个时候就成了三次挥手，主动关闭方就会从fin_wait_1状态直接进入到time_wait状态，跳过了fin_wait_2状态。

应用层

应用层包含了表示层和会话层，常见的有http、ftp

Socket

什么是Socket

Socket是一个模块，能够写一套C/S 架构的套接字

为何要使用Socket

Socket套接字 封装好了各层协议的工做，能够节省开发成本

如何使用

那么咱们先写服务端，启动也是先启动服务端

# 服务端

# coding=utf-8

import socket
s = socket.socket()     # 导入socket模块产生一个s对象
s.bind(
    ("127.0.0.1",8888)      # 设置ip+port，绑定套接字
)
s.listen(5)                 # 开始监听(5) 表示能够服务 5+1=6 个客户端，一个正在服务，另外5个在等候服务
while True:
    conn, addr = s.accept() # 接收客户端链接
    while True:
        try:    
            data = conn.recv(1024).decode("utf-8")      # 接收客户端信息
            print(data)                 # 打印客户端信息

            if len(data) == 0:          # 若是发送为0，跳过
                continue

            if data == "q":             # 若是客户端发送q退出，那么退出服务
                break
            conn.send(data.encode("utf-8")) # 服务端发行消息
        except Exception as e:
            break
    conn.close()
s.close()        #关闭服务器套接字(可选)

# 客户端

# coding=utf-8
import socket       # 导入socket模块

c = socket.socket()     
c.connect(
    ("127.0.0.1",8888)      # 链接服务端
)

while True:
    send_msg = input("client:>>>")
    c.send(send_msg.encode("utf-8"))        # 发送消息

    if send_msg == "q":
        break
    data = c.recv(1024).decode("utf-8")     # 接收消息
    print(data)


c.close()