网络编程基础-socket的简单实用

1.软件开发架构
2.网络编程
3.互联网协议
socket：
- socket的具体工作流程：
  - 具体代码实现：
  - 一个服务端与多个客户端进行连接与通信：
- socket（套接字）的内置方法

1.软件开发架构

开发软件需要开发一套客户端与服务端

客户端与服务端的作用

客户端：想连接服务端就连接服务端

服务端：24小时不间断开着为客服端提供服务

软件开发架构分为两种：

C/S架构、B/S架构

C/S架构：

Client:客户端

Server:服务端

优点：软件的使用稳定，并且可以节省网络资源

如QQ、pycharm等，手机端的微信、王者荣耀等等

缺点：1.若用户想在同一台设备上使用多个软件，必须下载多个客户端。

2.软件的每一次更新，客户端也必须跟着重新下载更新。

B/S架构：

Browser：浏览器（客户端）

Server：服务端

优点：浏览器充当客户端，无需用户下载更新多个软件，直接在浏览器上访问需要使用的软件。

缺点：消耗网络资源过大，当网络过慢时，软件的使用也会不稳定。

B/S架构的软件：例如在浏览器（客户端）上输入某个软件的域名

2.网络编程

发展历史：

————所有先进的技术都源自于军事，希望通过远程获取数据，所以出现了网络编程。

早期如何实现远程通信：

——打电话————》电话线

——电脑台式电脑————》网线，有线网卡

——笔记本电脑————》有线网卡、无线网卡

要实现远程通讯必须具备

1.物理连接介质》网卡......

2.互联网协议

人与人之间沟通：中文、英文

计算机沟通的介质：‘互联网协议’

3.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

——物理连接层

学习由下到上：

——物理连接层

基于电信号发送二进制的数据

——数据链路层

数据链路层的以太网协议专门处理基于电信号发送的二进制数据

以太网协议：

1.规定好电信号分组的数据方式

2.每一台连接网线的电脑都必须有一块网卡

网卡由不同的厂商生产

每块网卡都有世界上独一无二的12位编号

前六位：厂商号

后六位：流水号

交换机：可以让多台电脑互联到一起

基于以太网协议发送数据：

特点：

广播、单播

弊端：广播风暴、局域网与局域网之间不能夸局域网通信

广播风暴：指当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪

互联网：让局域网之间进行通讯

——网络层

ip地址：用于唯一标识计算机（局域网）的地址

ip：点分十进制

最大值：0.0.0.0

最小值：255.255.255.255

IPV4：互联网通信协议第四版，2011年其位址被用尽

IPV6：IPV4版本的地址不够用所以出现了IPV6

本机IP：回环地址：127.0.0.1——》localhost

——传输层

TCP/UDP

端口号：表示电脑的某一个软件

端口号范围：0-65535

注意

 1. 0-1024都被操作系统使用了（不要动）
        2

尽量使用8000以外的端口号

开发中常用的软件的默认端口号：

             MySQL：3306
             MongoDB：27017
             Django：8000
             Tomcat：8080
             Flask：5000
             Redis：6379

若想服务端与客户端进行通信，必须建立连接。产生双向通道。

一条是客户端往服务器发送消息的，另一端是服务端向客户端发送消息的。

IP：用于唯一标识计算机的位置。

port：端口用于确认计算机上的一个应用软件。

IP+port：世界上某一台电脑上的一个应用软件。

TCP协议工作原理：

TCP协议是流式协议

TCP协议的工作原理

三次握手与四次挥手：

三次握手，建立连接：建立双向通道，建立好链接。

三次握手：

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

客户端向服务端发送数据，数据存放在客户端的内存中，需要服务端确认收到，数据才会在内存中释放掉，否则会隔一段时间发送一次，让服务端返回确认收到。在一段时间内，若服务端还是不返回消息，则取消发送，并释放掉内存中的数据。

利用三次握手的洪水攻击出现在第一次握手实时，多台客户端同时向服务端发送syn请求，之后又不回复服务端发过来的建立连接的消息。详细内容参考此链接

四次挥手：

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

关于三次握手和四次挥手详细内容及相关面试题可以参考该连接

反馈机制：客户端往服务端发送消息，服务端接收到消息后必须要返回一个确认消息,否则客户端会一直发送消息，如果很长时间接收不到确认消息就停止发送消息。

——应用层

socket：

socket是一个模块，可以写一套c/s架构的套接字

socket套接字封装好各层协议的工作。socket属于抽象出来的一个层并不是真实的存在的，它封装了自己下面的层级。

使用socket的优点：可以节省开发成本。

socket的具体工作流程：

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。

socket的详细介绍参考此链接

具体代码实现：

服务端：

import socket
# 默认指定TCP协议
# 买手机
server = socket.socket()
# 插卡
server.bind(
    # ip + port
    ('127.0.0.1', 9527)
)
# 开机，等待接听
server.listen(5)  # listen(5) 半连接池
# 监听是否有消息
# conn: 相当于服务端往客户端挖的管道
conn, addr = server.accept()
print(addr)
# 听客户端给我说话
data = conn.recv(1024).decode('utf-8')  # 可以接收1024字节数据
print(data)
conn.send(b'hello xiao tank')
# 挂电话
conn.close()
# 关机
server.close()

客户端：

import socket
# 买手机
client = socket.socket()
# 往服务端拨号
# client: 相当于客户端往服务端挖的管道
client.connect(
    # ip + port: 寻找服务端
    ('127.0.0.1', 9527)
)
# 客户端向服务端说话
client.send('你好'.encode('utf-8'))
data = client.recv(1024)
print(data)
# 关闭连接
client.close()

一个服务端与多个客户端进行连接与通信：

服务端：

import socket
serve = socket.socket()
serve.bind(('127.0.0.1',9527))
serve.listen(5)#半连接池：最多同时处于半连接状态的客户端的个数，当连接状态的客户端关闭之后，最早处于半连接的客户端与服务端进行连接，此时可以再有一台客户端进入半连接池等待与服务端的连接，这好比是排队买东西，一次只能排队5个人，当前面的人走了，则后面的人就可以进行消费。
#conn相当于服务端往客户端的的管道
while True:
    conn, addr = serve.accept()
    print(addr)
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024).decode('utf-8')
            print(data)
            if data == 'q':
                break
            send_msg = input('server:').encode('utf-8')
            conn.send(send_msg)
        except Exception as e:
            print(e)
            break
    conn.close()

客户端：

import socket
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1',9527))
while True:
    msg = input('client:').strip()
    client.send(msg.encode('utf-8'))
    if msg == 'q':
        break
    data = client.recv(1024).decode('utf-8')
    print(data)
client.close()

socket（套接字）的内置方法

1.服务端套接字函数

方法	用途
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

2.客户端套接字函数

方法	用途
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,而不是抛出异常

3.公共用途的套接字函数

方法	用途
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

4.面向锁的套接字方法

方法	用途
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

5.面向文件的套接字的函数

方法	用途
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