Python之网络编程

心已赠人 2023-10-04 09:27 30阅读 0赞

### 一：客户端与服务端架构 ###

**1：硬件C/S架构（如：打印机）**  
**2：软件C/S架构：**

*  互联网中处处都是C/S架构
 *  如果路飞学城网站是服务端，你的浏览器是客户端（B/S架构也是C/S架构的一种）
 *  腾讯作为服务端为我们提供视频，我们下个腾讯视频客户端才能看他的视频
 *  c/s架构：client/server，客户端/服务端

**我们学socket就是为了完成C/S架构的开发，实现服务端软件与客户端软件基于网络通信**

### 二：计算机网络基础 ###

作为程序员我们不得不了解的就是计算机基础知识，这不仅可以让你很好的理解网络编程还可以作为你以后的谈资。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NjU2MDc3_size_16_color_FFFFFF_t_70]

作为应用开发程序员，我们开发的软件都是应用软件，而应用软件必须运行于操作系统之上，操作系统则运行于硬件之上，应用软件是无法直接操作硬件的，应用软件对硬件的操作必须调用操作系统的接口，由操作系统操控硬件。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NjU2MDc3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

比如客户端软件想要基于网络发送一条消息给服务端软件，流程是：

1、客户端软件产生数据，存放于客户端软件的内存中，然后调用接口将自己内存中的数据发送／拷贝给操作系统内存

2、客户端操作系统收到数据后，按照客户端软件指定的规则（即协议）、调用网卡发送数据

3、网络传输数据

4、服务端软件调用系统接口，想要将数据从操作系统内存拷贝到自己的内存中

5、服务端操作系统收到4的指令后，使用与客户端相同的规则（即协议）从网卡接收到数据，然后拷贝给服务端软件  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NjU2MDc3_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 三：网络你知多少 ###

英语成为世界上所有人通信的统一标准，计算机之间的通信也应该有一个像英语一样的通信标准，这个标准称之为互联网协议， 可以很明确地说：互联网协议就是计算机界的英语，**网络就是物理链接介质+互联网协议**。 我们需要做的是，让全世界的计算机都学会互联网协议，这样任意一台计算机在发消息时都严格按照协议规定的格式去组织数据，接收方就可以按照相同的协议解析出结果了，这就实现了全世界的计算机都能无障碍通信。 按照功能不同，人们将互联网协议分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层（我们只需要掌握tcp/ip五层协议即可），这种分层就好比是学习英语的几个阶段，每个阶段应该掌握专门的技能或者说完成特定的任务，比如：1、学音标 2、学单词 3、学语法 4、写作文。。。

须知一个完整的计算机系统是由硬件、操作系统、应用软件三者组成，具备这三个条件，你就可以玩玩小游戏是没啥大问题的了，互联网的核心就是由一堆协议组成，协议就是标准，比如全世界人通信的标准是英语，如果把计算机比作人，互联网协议就是计算机界的英语。所有的计算机都学会了互联网协议，那所有的计算机都就可以按照统一的标准去收发信息从而完成通信了。

### 四：OSI七层 ###

**学习socket一定要先学习互联网协议**  
1.首先：基于socket编程，来开发一款自己的C/S架构软件

2.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

3.然后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。

4.最后：就让我们从这些标准开始研究，开启我们的socket编程之旅  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NjU2MDc3_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 五：socket层 ###

看图说话，socket到底在哪里？  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NjU2MDc3_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

### 六：socket是什么 ###

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

**你知或不知的盲点：**  
也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序

而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

### 七：套接字发展史及分类 ###

套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。

**基于文件类型的套接字家族**

套接字家族的名字：AF\_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

**基于网络类型的套接字家族**  
套接字家族的名字：AF\_INET

(还有AF\_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF\_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF\_INET)

### 八：套接字工作流程 ###

工作原理举例：  
一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1NjU2MDc3_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束

**服务端套接字函数**  
s.bind() 绑定(主机,端口号)到套接字  
s.listen() 开始TCP监听  
s.accept() 被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

**客户端套接字函数**  
s.connect() 主动初始化TCP服务器连接  
s.connect\_ex() connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异

**socket()模块函数用法**

import socket
    socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
    #socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。
    
    
    #获取tcp/ip套接字
    tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    #获取udp/ip套接字
    udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) 
    #由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
    #例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

**公共用途的套接字函数**  
s.recv() 接收TCP数据  
s.send() 发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)  
s.sendall() 发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)  
s.recvfrom() 接收UDP数据  
s.sendto() 发送UDP数据  
s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址  
s.getsockname() 当前套接字的地址  
s.getsockopt() 返回指定套接字的参数  
s.setsockopt() 设置指定套接字的参数  
s.close() 关闭套接字

**面向锁的套接字方法**  
s.setblocking() 设置套接字的阻塞与非阻塞模式  
s.settimeout() 设置阻塞套接字操作的超时时间  
s.gettimeout() 得到阻塞套接字操作的超时时间

**面向文件的套接字的函数**  
s.fileno() 套接字的文件描述符  
s.makefile() 创建一个与该套接字相关的文件

**socket实验推演流程**

#1：用打电话的流程快速描述socket通信
    #2：服务端和客户端加上基于一次链接的循环通信
    #3：客户端发送空，卡主，证明是从哪个位置卡的
    #服务端：
    from socket import *
    phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    phone.bind(('127.0.0.1',8081))
    phone.listen(5)
    
    conn,addr=phone.accept()
    while True:
        data=conn.recv(1024)
        print('server===>')
        print(data)
        conn.send(data.upper())
    conn.close()
    phone.close()
    #客户端：
    from socket import *
    
    phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    phone.connect(('127.0.0.1',8081))
    
    while True:
        msg=input('>>: ').strip()
        phone.send(msg.encode('utf-8'))
        print('client====>')
        data=phone.recv(1024)
        print(data)
    
    #说明卡的原因：缓冲区为空recv就卡住，引出原理图
    
    
    
    #4.演示客户端断开链接，服务端的情况，提供解决方法
    #5.演示服务端不能重复接受链接，而服务器都是正常运行不断来接受客户链接的
    #6:简单演示udp
    #服务端
    from socket import *
    phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
    phone.bind(('127.0.0.1',8082))
    while True:
        msg,addr=phone.recvfrom(1024)
        phone.sendto(msg.upper(),addr)
    #客户端
    from socket import *
    phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
    while True:
        msg=input('>>: ')
        phone.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8082))
        msg,addr=phone.recvfrom(1024)
        print(msg)
    
    #udp客户端可以并发演示
    #udp客户端可以输入为空演示，说出recvfrom与recv的区别，暂且不提tcp流和udp报的概念，留到粘包去说

搞定！！！

生活就是这样，有惊喜，有意外，作为年轻人，我们需要热气腾腾的活着，加油吧铁子（我老师就叫我铁子，偶尔叫姑娘，还有啥我忘了，就这两最常见，哈哈哈）！！！！  
一步一步提升，稳赢！

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