python-socket网络编程笔记(UDP+TCP)

端口

在linux系统中，有65536（2的16次方）个端口，分为：

知名端口（Well Known Ports）：0-1023，如80端口分配给HTTP服务，21端口分配给FTP服务。

动态端口（Dynamic Ports）：1024-65535，一般不固定分配某种服务，而是动态分配。

IP地址

每一个IP地址包括两部分：网络地址和主机地址

A类地址范围：1.0.0.1-126.255.255.254

B类地址范围：128.1.0.1-191.255.255.254

C类地址范围：192.0.1.1-223.255.255.254（常用）

D类地址用于多点广播

E类地址保留，仅作实验和开发用

IP地址127．0．0．1~127．255．255．255用于回路测试

socket

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。

套接字使用流程：

1. 创建套接字
2. 使用套接字收/发数据
3. 关闭套接字

import socket

# 创建udp的套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 创建tcp的套接字
tcp_socket = 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
udp_socket.close()
tcp_socket.close()

UDP(User Datagram Protocol)

中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议。

创建一个基于udp的网络程序流程很简单，具体步骤如下：

1. 创建[socket()]客户端套接字
2. 发送[sendto()]/接收[recvfrom()]数据
3. 关闭[close()]套接字

UDP发送(客户端)：

import socket

# 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接收(服务端)：

import socket

# 1. 创建udp套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

# 2. 绑定IP和端口
udp_socket.bind('',7788)

# 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,需要使用发送时的字符集进行decode解码
# 第2个元素是对方的ip和端口
print(recv_data[0].decode('utf-8'))
print(recv_data[1])

# 5. 关闭套接字
udp_socket.close()

使用socket连接阿里云服务器

客户端在window10本地，服务端在阿里云服务器上，让他们能够通信这里需要注意三点（前提是本地机器能够ping通阿里云服务器的公网IP）：

1、服务端绑定的IP地址需要为阿里云服务器的私有IP地址，即ifconfig中的ip，或者绑定时ip地址给空字符串''，这样也会默认绑定私有IP

2、客户端连接的IP地址需要为阿里云服务器的公网IP地址，不能为私有IP。

3、在阿里云控制台的安全组中需要开启相应的协议和端口权限，不然无法连接进阿里云服务器，协议为此次连接的协议，端口为服务器绑定的端口，授权对象为客户端的IP或者0.0.0.0/0表示所有IP都可访问

TCP(Transmission Control Protocol)

中文名是传输控制协议，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。

TCP特点

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与UDP的不同点

• 面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才作传输。）
• 有序数据传输
• 重发丢失的数据包
• 舍弃重复的数据包
• 无差错的数据传输
• 阻塞/流量控制

TCP编程

客户端：

1. 创建[socket()]客户端套接字
2. 连接[connect()]服务器
3. 发送[send()]数据
4. 接收[recv()]返回的数据
5. 关闭[close()]套接字

import socket

def main():
    # 创建套接字
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 设置服务器地址
    server_addr = ('xxx.xxx.xxx', 7890) # 阿里云服务器公网IP
    # 创建连接
    tcp_client.connect(server_addr)
    while True:
        # 获取发送的数据
        send_data = input('请输入发送的数据(exit退出)：\n')
        if send_data == 'exit':
            break
        tcp_client.send(send_data.encode('utf-8'))
        # 接收服务端返回的数据
        recv_data = tcp_client.recv(1024)
        print('返回数据为:\n', recv_data.decode('utf-8'))
    tcp_client.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

服务端：

1. 创建[socket()]服务端套接字
2. 绑定[bind()]IP和端口
3. 监听[listen()]将套接字变为可以被动链接
4. 等待[accept()]客户端的连接，返回新的服务套接字服务于该客户端
5. 新的服务套接字接收[recv()]数据
6. 给客户端返回[send()]数据
7. 关闭[close()]新的服务套接字
8. 关闭[close()]监听的服务套接字

import socket

def client_server(client_socket):
    while True:
        # 接收数据
        recv_data = client_socket.recv(1024)
        if not recv_data:
            # 关闭服务套接字
            client_socket.close()
            break
        print('接收的数据为:', recv_data.decode('utf-8'))
        # 返回数据
        client_socket.send('已接收'.encode('utf-8'))

def main():
    # tcp创建套接字
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定端口
    local_addr = ('', 7890)
    tcp_server.bind(local_addr)
    # 使用listen将其变为被动
    tcp_server.listen(128)
    while True:
        print('准备接收连接.....')
        # 等待客户端连接，若有新客户端连接，返回一个新的套接字专门服务这个客户端
        client_socket, client_addr = tcp_server.accept()
        print('接收到连接,IP:%s PORT:%s' % (client_addr[0], client_addr[1]))
        client_server(client_socket)

    # 关闭监听的套接字
    tcp_server.close()
if __name__ == '__main__':
    main()