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网络编程

网络目的 ： 数据的传输

网络数据传输是一个复杂的过程

OSI 七层模型 --》 网络通信标准化流程

• 应用层 ： 提供用户服务，具体内容由特定程序规定
• 表示层 ： 数据的压缩优化
• 会话层 ： 建立应用连接，选择传输层服务
• 传输层 ： 提供不同的传输服务，流量控制
• 网络层 ： 路由选择，网络互连
• 链路层 ： 提供链路交换，具体消息以帧发送
• 物理层 ： 物理硬件，接口，网卡，线路

osi七层模型优点 ： 将功能分开，降低了网络传输中的耦合性，每一部分完成自己的功能。可以在开发和实施的过程中各司其职。实现高内聚和低耦合的功能。

高内聚 ： 单个模块功能尽量单一
低耦合 ： 模块之间尽量减少关联和影响

四层 

• 应用层 ： 应用层 表示层 会话层
• 传输层 ： 传输层
• 网络层 ： 网络层
• 物理链路层： 链路层和物理层

五层（tcp/ip模型）

• 应用层 ： 应用层 表示层 会话层
• 传输层 ： 传输层
• 网络层 ： 网络层
• 链路层 ： 链路层
• 物理层 ： 物理层

协议（网络协议）：在网络通信中，各方必须遵守的规定。包括建立什么样的连接，消息结构等

应用层 ： TFTP HTTP DNS SMTP
传输层 ： TCP UDP
网络层 ： IP 
物理层 ： IEEE

网络基本概念

1、主机： "localhost" 表示本台计算机

　　网络上 ： 只在本地测试使用
　　　　'localhost' '127.0.0.1'

　　如果想在网络上进行测试（自动使用本地可用网卡IP）
　　　　'0.0.0.0' '' '172.60.50.93'

　　查看本地 IP 网络信息
　　　　linux上：    ifconfig 
　　　　win上查看本地IP： ipconfig

　　　　ping www.baidu.com  --->14.215.177.38(百度的IP地址)

　　获取计算机名称
　　　　socket.gethostname()
　　　　'tedu'

　　获取主机IP
　　　　socket.gethostbyname('localhost')
　　　　'127.0.0.1'

2、IP地址
　　在网络上用于区分一台计算

　　IPv4 ： 点分十进制 e.g. 192.168.1.72 0-255
　　　　32位二进制表示

　　IPv6 ： 128

　　网络连接测试命令： ping 172.60.50.92

　　特殊IP
　　　　127.0.0.1 本地测试IP
　　　　0.0.0.0 本地网卡通用IP
　　　　192.168.1.0 表示当前网段
　　　　192.168.1.1 表示网关
　　　　192.168.1.255 广播地址

　　获取服务器主机信息
　　　　socket.gethostbyaddr("www.baidu.com")
　　　　('127.0.0.1', [], ['119.75.213.61'])
　　　　　　主机 　　 别名 　　 IP地址

　　将ip十进制转化为二进制
　　　　socket.inet_aton("192.168.1.2")
　　　　b'\xc0\xa8\x01\x02'

　　将ip二进制转化为十进制
　　　　socket.inet_ntoa(b"\xc0\xa8\x01\x02")
　　　　'192.168.1.2'

　　域名 ： 网络服务器IP地址的名称
　　url ： 在网络上定位某个资源位置

3、端口号 ：端口号是网络地址的一部分，在一个系统中每个网络应用监听不同的端口，以获取对应端口传输的信息

　　数字范围 ： 1--65535

　　　　1--255 ： 一些众所周知的端口
　　　　256--1023 ： 系统应用
　　　　1024---65535 ： 自用 
　　　　推荐用  >10000 8888 9999 7777 6666

　　测试一个软件端口号
　　　　socket.getservbyname('mysql')
　　　　3306
　　　　socket.getservbyname('http')
　　　　80
　　　　socket.getservbyname('ssh')
　　　　22

传输层服务

面向连接的传输服务 ---》 tcp协议

传输特征：提供可靠的传输服务
可靠性表现： 数据在传输过程中，无失序，无差错，无重复，无丢失

* 传输过程中有建立和断开连接的过程
三次握手：建立数据传输两端的持续连接
　　1. 客户端向服务器发起连接请求（我可以牵你手吗）
　　2. 服务器收到连接请求进行确认，返回报文（可以）
　　3. 客户端收到服务器确认进行连接创建（牵手成功）

四次挥手：断开连接的两端，保证数据的传输完整
　　1.主动方发送报文，告知被动方要断开连接（我们分手吧，你准备好）
　　2.被动方返回报文，告知收到请求，准备断开（知道了）
　　3.被动方再次发送报文，告知准备完毕可以断开（你分手吧）
　　4.主动方发送报文完成断开（分手了）

适用情况：文件的上传下载，网络情况良好，需要必须保证可靠性的情况
比如 ： 信息聊天，文件上传下载，邮件，网页获取

面向无连接的传输服务 ---》 udp协议

　传输特征 ：
　　* 不保证传输的可靠性
　　* 无需建立三次握手和四次挥手的连接断开过程
　　* 消息的收发比较自由，不受其他约束（请原谅我这一生放荡不羁爱自由）

适用情况 ： 网络情况较差，对可靠性要求不高，收发消息的两端不适合建立固定连接
比如 ：网络视频，群聊，发送广播

套接字----socket

socket模块的套接字属性

（s表示一个套接字对象）

s.type　　获取套接字类型　　# SocketKind.SOCK_STREAM 流式套接字

s.family　　获取地址族类型　　# AddressFamily.AF_INET 获取地址族类型

s.fileno()　　获取套接字的文件描述符（每一个IO操作系统都会为其分配一个不同的正整数，该正整数即为此IO操作系统的文件描述符）

s.getsockname()　　获取套接字绑定的地址　　# ('192.168.191.3', 8888)

s.getpeername()　　获取连接套接字另一端的地址　#　('192.168.191.3', 7826)

s.setsockopt(level,optname,value)　　设置套接字选项，丰富修改原有套接字功能

　　参数：　level 设置选项的类型　 optname 每个选项类型中的子选项 　value 为选项设置值

s.getsockopt(level,optname)　　获取套接字选项的值

 from socket import *
 s = socket()
 print(s.type)   # SocketKind.SOCK_STREAM 流式套接字
 print(s.family) # AddressFamily.AF_INET 获取地址族类型
 print(s.fileno())   #
 s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) # 设置端口可重用
 print(s.getsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR))# 获取选项值 1
 s.bind(("192.168.191.3",8888))
 print(s.getsockname())  # 获取绑定的地址 ('192.168.191.3', 8888)
 s.listen()
 c,addr = s.accept() # addr也是链接客户端的地址
 print(c.getpeername())  # ('192.168.191.3', 7826)获取链接套接字客户端地址
 data = c.recv(1024)
 print(data) # b'i'
 c.close()
 s.close()

socket套接字编程

　　套接字：通过编程语言提供的函数接口进行组合，更简单的完成基于tcp和udp通信的网络编程

套接字的分类

　　流式套接字（SOCK_STREAM）：传输层基于tcp的协议进行通信

　　数据报套接字（SOCK_DGRAM）：传输层基于udp的协议进行通信

　　底层套接字（SOCK_RAM）：访问底层协议的套接字

网络收发缓冲区

　　1、协调读写速度、减少和磁盘交互

　　2、recv和send实际上是从缓冲区获取内容，和向缓冲区发送内容

recv()特性

　　1、如果连接断开，recv会立即结束阻塞返回空字符串

　　2、当接收缓存区为空时会阻塞

　　3、如果recv一次接收不完缓冲区内容，下次会继续接收，确保数据不丢失

send()特性

　　1、如果另一端不存在还试图使用send进行发送则会产生BrokenPipError异常

　　2、当发送缓冲区满时会阻塞

本地套接字

作用：用于本地不同程序间的进行数据传输

本地套接字的创建流程

1、创建套接字对象

　　sockfd = socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM)

2、绑定本地套接字文件,如果文件不存在，则自动创建文件（绑定套接字文件）

　　sockfd.bind(file)

　　判断一个文件夹下是否有某个文件　　os.path.exists('./tcp_client.py')

　　删除一个文件　　os.remove(file)　　os.remove(file)

3、监听　　listen

4、接收发送消息　　recv　　send

from socket import *
import os 

sock_file =  './sock'    # 使用哪个文件作为套接字文件

if os.path.exists(sock_file):# 判断文件是否已经存在
    os.unlink(sock_file)

sockfd = socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM)    # 创建本地套接字

sockfd.bind(sock_file)    # 绑定
sockfd.listen(5)    # 监听

while True:
    c,addr = sockfd.accept()     # 建立连接
    while True:
        data = c.recv(1024)
        if not data:
            break
        print(data.decode())
    c.close()
sockfd.close()

服务端

from socket import * 

sock_file = "./sock"    # 确保通信两端用相同的套接字文件

sockfd = socket(AF_UNIX,SOCK_STREAM)    # 创建套接字

sockfd.connect(sock_file)    # 链接

while True:
    msg = input("Msg>>")
    if msg:
        sockfd.send(msg.encode())
    else:
        break 

sockfd.close()

客户端

TCP粘包

　　产生原因：TCP传输采用字节流的方式，消息之间没有边界，如果发送的速度比接收速度快，会造成多次发送的内容被一次接收，形成意义上的误解即粘包

　　产生条件：当使用send快速的连续发送极有可能产生粘包

　　影响：如果每次发送的内容代表一个独立的意思，需要单独识别，就会产生粘包。但是如果多次发送的内容就是一个连续的整体，此时就不需要处理。

　　如何处理：

　　　　1、每次发送后加一个结尾标志，接收端通过标志进行判断

　　　　2、发送一个数据结构

　　　　3、每次发送中间有一个短暂的延迟(有一个间隔)

TCP接收多个客户端连接，且可以持续发送消息

from socket import * 

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)    #创建套接字

sockfd.bind(('127.0.0.1',9999))    #绑定地址

sockfd.listen(5)    #设置监听

while True:    # 等待客户端连接
    print("Waiting for connect...")
    connfd,addr = sockfd.accept()
    print("Connect from",addr)
    while True:    # 消息收发
        data = connfd.recv(1024)
        if not data:
            break
        print("Receive:",data.decode())
        n = connfd.send(b"Receive your message")
        print("send %d bytes"%n)

    connfd.close()    # 关闭套接字

sockfd.close()

TCP-server

from socket import * 

sockfd = socket()    #创建套接字

sockfd.connect(('127.0.0.1',9999))    #发起连接

while True:    #消息收发

    msg = input("Msg>>")
    if not msg:
        break
    sockfd.sendall(msg.encode())
    data = sockfd.recv(1024)
    print(data.decode())

sockfd.close()

TCP-client

HTTP

http协议-->超文本传输协议  应用层协议，HTTP是基于TCP协议编码的。

用途：网页的获取，基于网站的数据传输，基于http协议的数据传输

特点

• 应用层协议。传输层使用TCP传输
• 无状态协议，不记录用户的通信内容
• http1.1---->http2.0 成熟稳定

工作模式：

　　使用http双方均遵守http协议规定发送接收消息体

　　请求方，根据协议组织请求内容给对象

　　服务方，收到内容按照协议解析

　　服务方，将回复内容按照协议组织发送给请求方

　　请求方，收到回复根据协议解析

HTTP请求格式

格式: 请求行\ 请求头\ 空行\ 请求体

1、请求行（熟悉格式及作用）: 提供具体的请求类别, 请求内容

　　　　GET　　/　　index.html　/　HTTP/1.1

　　　　请求类别　　请求内容　　  协议版本

　　　　请求种类 ：   GET 获取网络资源
　　　　　　　　　　POST 提交一定的附加数据，得到返回 结果
　　　　　　　　　　HEAD 获取响应头
　　　　　　　　　　PUT 更新服务器资源
　　　　　　　　　　DELETE 删除服务器资源
　　　　　　　　　　CONNECT 预留
　　　　　　　　　　TRACE 测试
　　　　　　　　　　OPTIONS 获取服务器性能

2、请求头 : 对请求内容的具体描述, 以键值对的形式对请求信息进行描述

　　e.g.

　　　　Accept: text/html
　　　　Accept-Encoding: gzip, deflate, br
　　　　Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
　　　　Cache-Control: max-age=0
　　　　Connection: keep-alive

3、空行

4、请求体 : 具体的请求参数

　　(GET参数，或者POST提交的内容)

HTTP响应格式

1、响应行 反馈具体的响应情况

　　HTTP/1.1 　　200 　　OK
　　版本信息 　响应码  附加信息

　　响应码 ：

• 1xx 提示信息 表示请求已经接受
• 2xx 响应成功
• 3xx 响应需要重新请定向
• 4xx 客户端错误
• 5xx 服务器错误

　　常见响应码 ：

• 200 成功
• 404 请求页面不存在
• 401 没有访问权限
• 500 服务器发生未知错误
• 503 服务器暂时无法执行

2、响应头 对响应信息的具体描述

　　e.g.
　　Cache-Control: private
　　Connection: Keep-Alive

3、空行
4、响应体：将客户想要的内容进行返回

搭建HTTP本地服务器

做的是一个本地服务端，接收来自浏览器客户端的请求

# 返回第一行   GET / HTTP/1.1

1. 接收http请求; 解析http请求
2. 响应一个网页给客户端

from socket import *

# 处理客户端请求
def handle(connfd):
  request = connfd.recv(4096)   # 接收请求

  # 防止客户端断开request为空
  if not request:
    return
  request_line = request.splitlines()[0]    # 返回第一行   GET / HTTP/1.1
  info = request_line.decode().split(' ')[1]
  if info == '/':
    with open('index.html') as f:
      response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"            # 响应行
      response += "Content-Type:text/html\r\n"    # 响应头
      response += '\r\n'                          # 空行
      response += f.read()                        # 响应体
  else:
    response = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"
    response += "Content-Type:text/html\r\n"
    response += '\r\n'
    response += "<h1>Sorry...</h1>"

  connfd.send(response.encode())    # 发送给浏览器

sockfd = socket()   # 搭建tcp网络
sockfd.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)
sockfd.bind(('0.0.0.0',8000))       # 绑定地址
sockfd.listen(3)                    # 设置监听
while True:
  connfd,addr = sockfd.accept()     # 获取连接端和地址
  handle(connfd)      # 处理客户端请求

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