学习笔记----网络编程

网络通信概述：
- 使用网络能够把多方链接在一起，然后可以进行数据传递
- 所谓的网络编程就是，让在不同的电脑上的软件能够进行数据传递，进程之间的通信
IP地址：用来标记网络上的一台电脑，比如192.168.1.1；在本地网是唯一的。
IP分类（了解）：

ipv4 256256256*256(最大值)
最常用的为C类

端口
端口好比一个房子的门，是出入这件房子的必经之路。

通信过程：主机A通过目的IP以目标端口号，由某个进程（源端口号7788），发送内容：你好啊。发送给主机B并且由端口号4567的进程接收。同理主机B给主机A传送消息。

端口分类

• 知名端口（Well Known Ports）
  知名端口是总所周知的端口号，范围从0到1023
  eg:
  80端口分配给HTTP服务
  21端口分配给FTP服务
• 动态端口（Dynamic Ports）
  动态端口的范围是从1024到65535
  之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种服务，耳屎动态分配。动态分配是指当一个系统程序或应用程序需要网络通信时，它向主机申请一个端口，主机从可用端口号中分配一个供塔使用。

socket简介（套接字）
socket（简称：套接字）是进程间通信的一种方式，它与其他进程间通信的一个主要不同是：它能实现不同主机间的进程间通信，我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket来完成通信的。eg:wechat,QQ,陌陌等

• socket使用流程：
  1.创建套接字
  2.使用套接字收/发数据
  3.关闭套接字
• 创建socket

import socket
socket.socket(AddressFamily,Type)

说明：
函数socket.socket创建一个socket，该函数带有两个参数：

• AddressFamily: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的通信)，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，只要用于TCP协议)或者SOCK_DGRAM(数据报套接字，主要用于UDP协议)

创建一个udp socket发送数据：

import socket

#创建udp的套接字
s = socket.socket(socket,AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
#从键盘获取数据
socket_data = input("请输入要发送的数据：")
#udp_socket.socket.sendto(b"hahahaha",("目的IP地址",port))
#注：其中b"hahahaha"，表示将字符串类型转化成字节类型
udp_socket.socket.sendto(socket_data.encode(“utf-8”),("目的IP地址",port))

#不用的时候，关闭套接字
s.close()

#创建一个udp socket（udp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()

python程序以及python交互模式

创建udp socket接受数据

import socket
def main():
#1.创建套接字
	udp_socket = socket.socekt(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
#2.绑定一个本地信息
	localaddr = ("",7788)
	udp_socket.bind(localaddr)
#3.接收数据
	recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接受的最大字节数
# recv_data这个变量中存储的一个元组（接收到的数据，（发送方的ip,port））
	recv_msg = recv_data[0]   # 存储接收的数据
	recv_addr = recv_data[1]  # 存储发送方的地址信息
#4.打印接收到的数据  
	print("%s:%s" %(str(send_addr),recv_msg.decode("gbk")))
#5.关闭套接字
	udp_socket.close()

if __name__ = __main__:
	main()

应用：udp聊天器
说明：

• 在一个电脑重编写1个程序，有2个功能
• 1.获取键盘数据，并将其发送给对方
• 2.接收数据并显示
• 并且功能数据进行选择以上的2个功能调用

参考代码：

import socket

def send_msg(udp_socket):
	"""发送消息"""
	# 获取要发送的内容
	dest_ip = input('请输入对方的ip：')
	dest_port = int(input('请输入对方的port:'))
	# 从键盘获取数据
	send_data = input('请输入要发送的数据：')
	udp_socket.sendto(send_data,encode("utf-8"),(dest_ip,dest_port))


def recv_msg(udp_socket):
	""""接收数据"""
	recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
	print("%s:%s" % (str(recv_data[1],recv_data[0].decode('utf-8'))))


def main():
	# 创建套接字
	udp_socket = socket.socekt(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
	# 绑定信息
	udp_socket.bind(("",7788))
	# 循环来进行处理事情
	while True:
		print("----xxx聊天器-----")
		print("1:发送消息")
		print("2.接收消息")
		print("0:退出系统")
		op = int(input("请输入功能："))
		if op == 1:
			# 发送
			send_msg(udp_socket)
		elif op == 2:		
			# 接收并显示
			recv_msg(udp_socket)
		elif op == 0:
			break
		else:
			print("输入有误！请重新输入！")


if __name__ = __main__:
	main()

注：以上代码实现功能只能实现半双工，功能选择存在bug。

单工：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。例如：电视，广播
半双工：同一时间只有一方能接收或发送信息，不能实现双向通信。例如：对讲机
全双工：同一时间可以同时接收和发送信息。例如：电话通信，socket套接字

TCP简介
TCP介绍
TCP协议，传输控制协议（Transmission Control Protocol,缩写为TCP）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的定义。
TCP通信需要经过创建连接，数据传送，终止连接三个步骤。
1.面向连接
通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输，双方都必须为该连接分配必要的系统内核资源，以管理连接的状态和连接上的传输。

双方间的数据传输都可以通过这一个连接进行。

完成数据交换后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。

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。

2.可靠传输
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，如果再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丢失将会被重传。
3）错误校验
TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和界首市都要计算校验和。
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。

注：可以通过画图的方式来理解。

TCP客户端

tcp客户端：就是需要被服务的一方

tcp客户端构建流程:
示例代码：

  1 import socket
  2 
  3 def main():
  4         # 1.创建TCP的套接字
  5         tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
  6 
  7         # 2.链接服务器                                                      
  8         server_ip = input("请输入要链接的服务器IP:")
  9         server_port = int(input("请输入要链接的服务器port:"))
 10         server_addr = (server_ip,server_port)
 11         tcp_socket.connect(server_addr)
 12 
 13         # 3.发送数据/接受数据
 14         send_data = input("请输入要发送的数据:")
 15         tcp_socket.send(send_data.encode("utf-8"))
 			recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)  # 最大接受为1024个字节
			print('接收到的数据为:%s'  %  recv_data.decode('utf-8'))

 16 
 17         # 4.关闭套接字
 18         tcp_socket.close()
 19 
 20 
 21 if __name__ == "__main__":
 22         main()

TCP服务器
tcp服务器的功能，需要的流程如下：
1.socket创建一个套接字
2.bind绑定ip和port
3.listen使套接字变为可以被动链接
4.accept等待客户端的链接
5.recv/send接收发送数据

一个简单的tcp服务器如下：

  1 import socket
  2                                                                                          
  3 def main():
  4         # 1.创建套接字
  5         tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
  6 
  7         # 2.绑定本地ip/port
  8         tcp_server_socket.bind(("",7890))
  9 
 10         # 3.listen使套接字变为可以被动链接
 11         tcp_server_socket.listen(128)
 12         while True:
 13                 print("等待一个新的客户端的到来....")
 14                 # 4.accept等待客户端的链接
 15                 new_client_socket,client_addr = tcp_server_socket.accept()
 16                 print("一个新的客户端已经到来%s" % str(client_addr))
 17 
 18                 # 接收客户端发送过来的请求
 19                 recv_data = new_client_socket.recv(1024)
 20                 print("客户端发送过来的请求是:%s" % recv_data.decode("utf-8"))
 21 
 22                 # 回送一部分数据给客户端
 23                 new_client_socket.send("收到，over".encode("utf-8"))
 24 
 25                 # 关闭套接字
 26                 new_client_socket.close()
 27                 print("已经服务器完毕。")
 28         tcp_server_socket.close()
 29 
 30 if __name__ == "__main__":
 31         main()

tcp注意点

1.tcp服务器一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
2.tcp客户端一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip，port等信息就好，本地客户端可以随机
3.tcp服务器中通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变为被动的，这是做tcp服务器时必须要做的
4.当客户端需要链接服务器时，就需要使用connect进行链接，udp是不需要链接的而是直接发送，但是tcp必须先链接，只有链接成功才能通信
5.当一个tcp客户端链接服务器时，服务器端会有1个新的套接字，这个套接字用来标记这个客户端，单独这个客户端服务
6.listen后的套接字是被动套接字，用来接收新的客户端的链接请求的，而accept返回的新套接字是标记这个新客户端的
7.关闭listen后的套接字意味着被动套接字关闭了，会导致新的客户端不能够链接服务器，但是之前已经链接成功的客户端正常通信
8.关闭accept返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕
9.当客户端的套接字调用close后，服务器端会recv解堵塞，并且返回的长度为0，因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线

tcp的3次握手

tcp的4次挥手

tcp通信的整个过程：

tcp长连接和短连接
TCP在真正的读写操作之前，server与client之间必须建立一个连接，当读写操作完成后，双方不再需要这个连接时它们可以释放这个连接，连接的建立通过三次握手，释放则需要四次挥手，所以说每次连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

TCP短连接
模拟一种tcp短连接的情况：
1.client向server发起连接请求
2.server接到请求，双方建立连接
3.client向server发送消息
4.server回应client
5.一次读写完成，此时双方任何一个都可以发起close操作
在步骤5中，一般都是client先发起close操作。当然也不排除有特殊的情况。从上面的描述看，短连接一般只会在client/server间传递一次读写操作！

TCP长连接
模拟一种tcp长连接的情况：
1.client 向 server 发起连接
2.server 接到请求，双方建立连接
3.client 向 server 发送消息
4.server 回应 client
5.一次读写完成，连接不关闭
6.后续读写操作…
7.长时间操作之后client发起关闭请求

TCP长/短连接操作过程

短连接的操作步骤：
建立连接——数据传输——关闭连接…建立连接——数据传输——关闭连接

长连接的操作步骤
建立连接——数据传输…（保持连接）…数据传输——关闭连接

TCP长/短连接的优点和缺点

• 长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接。
• client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，
  随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候，这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接，这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损。如果条件再允许就可以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大连接数，这样可以完全避免某个客户端连累后端服务。
• 短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。
• 但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。

TCP长/短连接的应用场景

• 长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况。
  每个TCP连接都需要三次握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，
  再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，
  再次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。
  例如：数据库的连接用长连接，如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，
  而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。
  而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源

• 而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源，
  如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，
  那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。