Python网络编程（TCP协议基础、附代码）

#网络编程
#ip地址的作用：在互联网/局域网上唯一的标识一台电脑

#ip地址的分类
    A类：1字节（0 + 7*网络号）+ 3字节(主机号)
    B类：1字节（10 + 6*网络号）+ 1字节(网络号) + 2字节(主机号)
    C类：1字节（110 + 5*网络号）+ 2字节(网络号) + 1字节(主机号)
    D类：1110 + ...用于多播
    E类：11110 + ...保留

#单播：针对一个对象
#多播：针对一个群组
#广播：针对所有计算机

#xxx.xxx.xxx.0 和 xxx.xxx.xxx.255 不能用

#端口：区分一个ip网络下哪个进程！！！大小为0-65535，

#端口分类
    知名端口（0-1023）：大家都默认使用的端口，比如80端口给HTTP服务，21端口给FTP服务
    动态端口（1024-65535）：指当一个进程需要网络程序需要网络通信时，向主机申请一个端口，主机从可用端口中分配一个给进程
    

#传输层提供的通信类型：
    面向连接的可靠服务 ----> TCP协议（Transmission Control Protocol 传输控制协议）
    面向无连接的不可靠服务 ----> UDP协议（User Datagram Protoco 用户数据报协议）
    
    TCP协议规定：
        传输服务必须建立连接：三次握手
        传输结束必须断开连接：四次挥手
        传输数据必须保证可靠

#TCP连接时三次握手
    1、客户端发送一个ACK标志位
    2、服务端接收到请求后告诉客户端可以连接；或者拒绝连接
    3、客户端收到恢复之后，告知服务端，已收到，下面发送具体消息
    
#数据可靠性：
    数据无重复，无丢失，无失序，无错误

#TCP断开连接时四次挥手
    1、主动方发送标志位告知被动方要断开连接
    2、被动方返回相应标志位告知主动方已经接收到请求
    3、主动方再次发送标志位信息表示已经准备好断开，可以断开
    4、被动方断开连接并发送已经断开信息

#UDP协议
    不保证数据完整性
    数据的发送都是由发起端决定的，不考虑接收端的情况

#通信协议的选择
    TCP    
    1、对传输质量要求较高，需要可靠传输
    2、传输数据量大，不需要频繁的连接
    e.g.qq消息，邮件发送，文件上传，账户登陆
    
    UDP
    1、对实时性要求高，完整性要求不高
    2、网络状况不佳，完整性要求不高
    3、建立必要的非连接情况，如广播组播

#套接字socket分类
    流式套接字：传输层用TCP协议提供面向连接的创数服务
    数据包套接字：传输层用UDP协议提供面向无连接的传输服务
    原始套接字：一般用于底层协议测试（用不到）
    
#服务端创建TCP服务器的基本流程
1、创建流式套接字
    socket.socket(family = AF_INEF, type = SOCK_STREAM, proto = 0)
    参数：
        family：协议族类型 
            AF_UNIX：仅用于单一的Unix系统进程间相互通信
            AF_INET：服务器的网络通信
            AF_INET6：使用IPv6的服务器网络通信
        type：套接字类型
            SOCK_STREAM TCP流式套接字
            SOCK_DGRAM UDP数据报套接字
            SOCK_RAW 底层套接字
        proto：子协议选项（通常为0，因为一般情况下传输层没有子协议）
    返回：套接字对象
            
2、绑定本机IP和端口
    sock.bind()
    参数：For IP sockets, the address is a pair (host, port)即（主机名，端口号）
        比如("localhost", 8888)("",8888)("127.0.0.1（回环测试IP）",8888)只有本机进程能够连接服务器
        ("0.0.0.0",8888),("192.168.137.111（本地IP）",8888)（局域网其他成员都可以访问）

3、将套接字变为监听状态
    sockfd.listen(n)
    功能：将套接字设置为监听套接字，并设置一个连接等待队列，避免连接争夺，服务器按照顺序处理
    参数：正整数，表示等待队列的大小（Linux下是没用的，系统自动设定，win和mac下有用）

4、套接字等待连接，然后连接
    conn, addr = sockfd.accept()    
    功能：阻塞等待客户端的连接
    参数：无
    返回值：
        conn：和客户端进行交互的新套接字
        addr：连接进来的客户端的ADDR（IP & PORT)
    
5、收发消息
    conn.recv(buffer_size)
    功能：阻塞接收一个消息
    参数：一次从缓冲区得到的消息的最大大小（字节）；如果没有那么大，得到所有消息，如果比那个大，则拿buffer_size个字节
    返回值：收到的消息，一般格式为bytes

    conn.send(data)
    功能：发送消息
    参数：要发送的内容；python3中要求send的必须是字节数组，即bytes格式
    返回值：实际发送的字节数
    
6、关闭套接字
    conn.close()    #表示当前连接的客户端连接断开
    sockfd.close()    #表示不再接收请求#示例代码：

from socket import *

IP = "127.0.0.1"
PORT = 8888
ADDR = (IP, PORT)
BUFFERSIZE = 128


sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

sockfd.bind(ADDR)

sockfd.listen()

conn, addr = sockfd.accept()

recv_data = conn.recv(BUFFERSIZE)

conn.send(bytes("I am WilliamCode"))

conn.send("This is the second message!")

conn.close()
sockfd.close()

#客户端和服务端的套接字的类型必须一致

#创建客户端
1、创建客户端套接字
    connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
2、绑定bind（可以没有，如果没有，IP为本地IP，PORT随机分配）
3、连接
    connfd.connect(address)
    功能：连接服务器
    参数：For IP sockets, the address is a pair (host, port)，即（服务器IP，服务器端口号）
4、关闭
    connfd.close()

*注意点：
    1、客户端与服务端套接字类型必须相同
    2、客户端就是用创建的套接字和服务器交互
    3、recv和send要同步，防止死阻塞#示例代码：

import socket

SERVER_IP = "192.168.31.129"
SERVER_PORT = 8888
SERVER_ADDR = (SERVER_IP, SERVER_PORT)
BUFFER_SIZE = 1024

connfd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

connfd.connect(SERVER_ADDR)


connfd.send("Hello Server!".encode())


recv_data = connfd.recv(BUFFER_SIZE)
print("Received from server", recv_data.decode())


connfd.close()

#send和sendall函数是一样的，只是发送失败时报错
#如果send的数据特别大，实际发送字节数可能比数据的小，会发送两次

#代码：服务器接收多个客户端的多个消息，客户端发送多个消息

#!server.py

客户端

from socket import *

IP = "192.168.31.129"
PORT = 8888
ADDR = (IP, PORT)
BUFFERSIZE = 128


sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

sockfd.bind(ADDR)
sockfd.listen()

while True:

    conn, addr = sockfd.accept()
    
    while True:
        try:
            recv_data = conn.recv(BUFFERSIZE)    
        except:
            break    
        print("Connection from IP: %s, PORT: %d" % (addr[0], addr[1]))

        print("Received Data:", recv_data.decode())

        conn.send("Ragor that, client!".encode())

    conn.close()
sockfd.close()

#!client.py

客户端

import socket

SERVER_IP = "192.168.31.129"
SERVER_PORT = 8888
SERVER_ADDR = (SERVER_IP, SERVER_PORT)
BUFFER_SIZE = 1024

connfd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

connfd.connect(SERVER_ADDR)

while True:
    msg = input("Please input the msg: ")
    if not msg:
        break
    connfd.send(msg.encode())


connfd.close()

#TCP循环服务不能满足多个客户端同时连接的情况，它不允许多个客户端同时占有客户端资源