Python基础教程之网络编程

网络通信

使用网络的目的

把多方链接在一起，进行数据传递；
网络编程就是，让不同电脑上的软件进行数据传递，即进程间通信；

ip地址

ip地址概念和作用

IP地址是什么：比如192.168.1.1 这样的一些数字；
ip地址的作用：用来在电脑中标识唯一一台电脑，比如192.168.1.1；在本地局域网是唯一的。

网卡信息

查看网卡信息

Linux：ifconfig
windows：ipconfig

ensxx：用来与外部进行通信的网卡；
lo：环回网卡，用来进行本地通信的；

linux关闭/开启网卡：sudo ifconfig ensxx down/up

ip和ip地址的分类

ip分为ipv4和ipv6

ip地址分为：

A类地址
B类地址
C类地址
D类地址--用于多播
E类地址--保留地址，因ipv6诞生，已无用
私有ip

单播--一对一
多播--一对多
广播--多对多

端口

ip：标识电脑；
端口：标识电脑上的进程(正在运行的程序)；
ip和端口一起使用，唯一标识主机中的应用程序，进行统一软件的通信；

端口分类

知名端口

固定分配给特定进程的端口号，其他进程一般无法使用这个端口号；
小于1024的，大部分都是知名端口；
范围从0~1023；

动态端口

不固定分配，动态分配，使用后释放的端口号；
范围1024~65535；

socket

socket的概念

socket是进程间通信的一种方式，能实现不同主机间的进程间通信，即socket是用来网络通信必备的东西；

创建socket

创建套接字：

import socket
soc = socket.socket(AddressFamily, Type)

函数socket.socket创建一个socket，该函数有两个参数：
Address Family:可选 AF_INET(用于internet进程间通信)和AF_UNIX(用于同一台机器进程间通信);
Type:套接字类型，可选 SOCK_STREAM(流式套接字，主用于TCP协议)/SOCK_DGRAM(数据报套接字，主用于UDP套接字);

创建tcp套接字

import socket

soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
...
soc.close()

创建udp套接字

import socket

soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
...
soc.close()

udp

udp使用socket发送数据

在同一局域网内发消息；
如果用虚拟机和windows，要用桥接模式，确保在同一局域网内；

import socket


def main():
    # 创建一个udp套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 使用套接字收发数据
    udp_socket.sendto(b"hahaha", ("193.168.77.1", 8080))
    # 关闭套接字
    udp_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

udp发送数据的几种情况：

在固定数据的引号前加b，不能使用于用户自定义数据；
用户自定义数据，并进行发送，使用.encode("utf-8")进行encode编码
用户循环发送数据
用户循环发送数据并可以退出

只贴出最后一种情况，即完整代码

import socket


def main():
    # 创建一个udp套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    while 1:
        # 从键盘获取要发送的数据
        send_data = input("请输入你要发送的数据：")
        if send_data == "exit":
            break
        # 使用套接字收发数据
        udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), ("193.168.77.1", 8080))

    # 关闭套接字
    udp_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

udp接收数据

接收到的数据是一个元组，元组第一部分是发送方发送的内容，元组第二部分是发送方的ip地址和端口号；

import socket


def main():
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    localaddr = ('', 8080)
    udp_socket.bind(localaddr)  # 必须绑定自己电脑的ip和端口

    # 接收数据
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    # recv_data这个变量存储的是一个元组，例如 (b'hahaha', ('192.168.77.1', 8888))
    recv_msg = recv_data[0]
    send_addr = recv_data[1]
    # print("%s 发送了：%s" % (str(send_addr), recv_msg.decode("utf-8")))  # linux发送的数据用utf8解码
    print("%s 发送了：%s" % (str(send_addr), recv_msg.decode("gbk")))  # windows发送的数据用gbk解码

    udp_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

udp接发数据总结

发送数据的流程：

创建套接字
发送数据
关闭套接字

接收数据的流程：

创建套接字
绑定本地自己的信息，ip和端口
接收数据
关闭套接字

端口绑定的问题

如果在你发送数据时，还没有绑定端口，那么操作系统就会随机给你分配一个端口，循环发送时用的是同一个端口；
也可以先绑定端口，再发送数据。

udp发送消息时自己绑定端口示例

import socket


def main():
    # 创建一个udp套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 绑定端口
    udp_socket.bind(('192.168.13.1', 8080))
    while 1:
        # 从键盘获取要发送的数据
        send_data = input("请输入你要发送的数据：")
        if send_data == "exit":
            break
        # 使用套接字收发数据
        udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), ("193.168.77.1", 8080))

    # 关闭套接字
    udp_socket.close()  # 按ctrl+c退出


if __name__ == "__main__":
    main()

但应注意，同一端口在同一时间不能被两个不同的程序同时使用；

单工，半双工，全双工

单工半双工全双工的理解

单工:
只能单向发送信息，别人接收，别人不能回复消息，比如广播；

半双工:
两个人都能发消息，但是在同一时间只能有一个人发消息，比如对讲机；

全双工：
两个人都能发消息，能同时发，比如打电话；

udp使用同一套接字收且发数据

"""socket套接字是全双工"""
import socket


def main():
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    udp_socket.bind(('192.168.13.1', 8080))
    # 让用户输入要发送的ip地址和端口
    dest_ip = input("请输入你要发送数据的ip地址：")
    dest_port = int(input("请输入你要发送数据的端口号："))

    # 从键盘获取要发送的数据
    send_data = input("请输入你要发送的数据：")
    # 使用套接字收发数据
    udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), (dest_ip, dest_port))
    # 套接字可以同时 收发数据；
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    print(recv_data)

    # 关闭套接字
    udp_socket.close()  # 按ctrl+c退出


if __name__ == "__main__":
    main()

在这里体现不出来socket是全双工，因为现在解释器只能按照流程，一步一步走下去，后面学习了进程线程协程就可以做到了。

tcp

tcp-可靠传输

tcp采取的机制

采用发送应答机制
超时重传
错误校验
流量控制和阻塞管理

tcp与udp的区别

tcp更安全可靠，udp相对没那么安全可靠；
面向连接
有序数据传输
重发丢失的数据
舍弃重复的数据包
无差错的数据传输
阻塞/流量控制

tcp，udp应用场景

tcp应用场景：下载，发送消息
udp应用场景：电话，视频直播等

tcp客户端

tcp客户端发送数据

import socket


def main():
    # 1.创建tcp的套接字
    tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2.链接服务器
    tcp_socket.connect(('193.168.11.1', 8080))
    # 3.发送/接收消息
    send_data = input("请输入你要发送的消息：")
    tcp_socket.send(send_data.encode("utf-8"))
    # 4.关闭套接字
    tcp_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

tcp服务器

监听套接字，专门用来监听的；
accept会对应新创建的套接字，当监听套接字收到一个请求后，将该请求分配给新套接字，由此监听套接字可以继续去监听了，而新套接字则为该胡克段服务。

import socket


def main():
    # 创建tcp套接字
    tcp_service_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_service_socket.bind(('', 8080))
    # 让默认的套接字由主动变为被动
    tcp_service_socket.listen(128)

    # 等待客户端的链接
    new_client_socket, client_addr = tcp_service_socket.accept()
    print("链接的客户端地址为：", client_addr)
    # 接收客户端发送过来的请求
    recv_data = new_client_socket.recvfrom(1024)
    print(recv_data)
    # 给客户端回送消息
    new_client_socket.send("hahahah".encode("utf-8"))

    new_client_socket.close()
    tcp_service_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

listen里面的参数，表示同时只允许128个链接访问。

QQ不绑定端口的运行原理-扩展

udp和tcp并用；
使用QQ，先登录，登录后告诉腾讯服务器此QQ运行的端口，发消息时，通过腾讯服务器转发给另一个QQ；
不绑定端口也有一个好处，就是允许多开，即一个电脑上可以运行多个QQ；

recv和recvfrom的区别

recvfrom里面不仅有发过来的数据，还有发过来数据的人的信息；
recv里面就只有数据；

tcp客户端服务端流程梳理

tcp服务器流程梳理

创建服务器套接字
绑定本地信息
让默认的套接字由主动变为被动
等待客户端的链接，堵塞
被客户端链接后，创建一个新的客服套接字为客户端服务；
接收客户端发送的消息，堵塞
接收客户端发送的消息后，给客户端回消息
关闭客服套接字，关闭服务端套接字

tcp注意点

tcp服务器一般情况下都需要綁定，否则客户端找不到这个服务器。
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。
tcp服务器通过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。
当客户端需要链接服务器时，就需��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。
当一个tcp客户端连接服务器时，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,单独为这个客户端服务。
liston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。
关闭isten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。
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应用案例

示例1-为一个用户办理一次业务：

"""可以理解为银行一个客服为排队的人员办理业务"""

import socket


def main():
    # 1.创建tcp套接字
    tcp_service_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2.绑定本地信息
    tcp_service_socket.bind(('', 8080))

    # 3.让默认的套接字由主动变为被动
    tcp_service_socket.listen(128)
    while 1:
        # 4.等待客户端的链接
        new_client_socket, client_addr = tcp_service_socket.accept()
        print("链接的客户端地址为：", client_addr)
        # 接收客户端发送过来的请求
        recv_data = new_client_socket.recvfrom(1024)
        print(recv_data)
        # 给客户端回送消息
        new_client_socket.send("hahahah".encode("utf-8"))
        # 关闭套接字
        new_client_socket.close()

    tcp_service_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

示例2-为同一用户服务多次并判断一个用户是否服务完毕：

"""可以理解为银行一个客服为排队的人员办理业务"""

import socket


def main():
    # 1.创建tcp套接字
    tcp_service_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2.绑定本地信息
    tcp_service_socket.bind(('', 8080))

    # 3.让默认的套接字由主动变为被动
    tcp_service_socket.listen(128)
    while 1:
        # 4.等待客户端的链接
        new_client_socket, client_addr = tcp_service_socket.accept()
        print("链接的客户端地址为：", client_addr)
        # 循环目的：为同一个客户服务多次
        while 1:
            # 接收客户端发送过来的请求
            recv_data = new_client_socket.recvfrom(1024)
            print(recv_data)
            # 如果recv解堵塞，那么有两种方式
            # 1.客户端发了数据过来
            # 2.客户端调用了close
            if recv_data:
                # 给客户端回送消息
                new_client_socket.send("hahahah".encode("utf-8"))
            else:
                break
        # 关闭套接字
        new_client_socket.close()

    tcp_service_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

示例3-tcp文件下载客户端和服务端：

文件下载客户端

import socket


def main():
    # 1.创建套接字
    tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2.获取服务器的ip，port
    dest_ip = input("请输入你要链接的服务器ip：")
    dest_port = input("请输入你要链接的端口：")
    # 3.链接服务器
    tcp_socket.connect((dest_ip, dest_port))

    # 4.获取下载的文件名字
    want_file = input("请输入你要下载的文件：")
    # 5.将文件名字发送到服务器
    tcp_socket.send(want_file.encode("utf-8"))

    # 6.接收要下载的文件
    file_data = tcp_socket.recv(1024)
    # 7.将接收文件的数据写入一个文件中
    if file_data:
        with open("[复件]" + want_file, "wb") as f:
            f.write(file_data)

    # 8.关闭套接字
    tcp_socket.close()
    pass


if __name__ == '__main__':
    main()

文件下载服务端

import socket


def send_file2client(new_socket, client_addr):
    # 1.接受客户端发送过来的 要下载的文件名
    want_file = new_socket.recv(1024).decode("utf-8")
    print("客户端 %s 要接收的文件为：%s" % (str(client_addr), want_file))
    # 2.读取文件数据
    file_data = None
    try:
        f = open(want_file, "rb")
        file_data = f.read()
        f.close()
    except Exception as e:
        print("你要下载的文件 %s 不存在" % want_file)

    # 3.发送文件的数据给客户端
    if file_data:
        new_socket.send(file_data)


def main():
    # 1.创建套接字
    tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2.绑定本地信息
    tcp_socket.bind(('', 8080))
    # 3.套接字被动接受 listen
    tcp_socket.listen(128)
    while 1:
        # 4.等待客户端的链接 accept
        new_socket, client_addr = tcp_socket.accept()
        # 5.调用函数发送文件到客户端
        send_file2client(new_socket, client_addr)
        # 7.关闭套接字
        new_socket.close()

    tcp_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    main()