網路編程socket之一_ZenDei技術網路在線

從今年10月22號開始我的python學習之路，一個月下來，磕磕碰碰，勉勉強強把基礎部分算是學完了，一個月走過來，我過著別人看似單調，重覆的生活，確實是，每天，每周都是一樣的生活模式，早上7點40起床，吃個早餐，8點到達教室，中午1點去吃個午飯，然後回到教室，下午6點去吃個晚飯，然後回到教室，待到晚 ...

　　從今年10月22號開始我的python學習之路，一個月下來，磕磕碰碰，勉勉強強把基礎部分算是學完了，一個月走過來，我過著別人看似單調，重覆的生活，確實是，每天，每周都是一樣的生活模式，早上7點40起床，吃個早餐，8點到達教室，中午1點去吃個午飯，然後回到教室，下午6點去吃個晚飯，然後回到教室，待到晚上11點回家洗個澡睡覺，每天都一樣的。我的朋友會問我，這樣的生活不無聊嗎？我回答是不，我的朋友可能認為兩年的軍旅生活早就讓我習慣了單調無味的生活，我覺得有可能兩年軍旅生活確實讓我有強大的適應性，但我認為最主要的是我真心覺得學習編程語言讓我很感興趣，以前的我感覺網路啊，電腦等這類東西感覺好遙遠，根本無法觸及，但現在我能去控制它，是多麼牛逼的事。前一個月基礎部分不算很難，只要邏輯思維跟上，就基本不是問題，而且濤哥真的講的很好，很有耐心，很感謝濤哥。從這周三開始接觸網路編程，一上來就很懵逼，什麼ip啊，MAC地址啊，交換機啊，路由器等等關於電腦和網路的東西真的讓我很萌，根本不知道是啥，相當於重新認知新事物，但幾天學習下來，感覺這類東西是要學習的，但對於現階段的我來說，不用太深入去專研，而主要是的是學會網路編程過程，接下來，我就把這幾天所學到知識跟大家分享一下。

一，名詞解釋

　　路由器：電腦上所有與公網之間的消息的傳遞的進出口都在路由器上，路由器有公網IP，這個IP是全球網路連接的唯一標識，路由器具有消息轉發的功能

　　交換機：主要是把連接到交換機上的電腦連接到一起，其次是交換機還可以設定一個IP範圍，從而使得廣播的範圍縮小

　　IP：IP分為兩個，一個是電腦上由交換機分配的IP，這個IP在一個子網內是不可以重覆的；另一個是公網IP，是路由器上的，這個是全球網路連接間的唯一標識

　　MAC地址：電腦上的網卡在出廠時被燒制上的全球唯一標識碼

　　DHCP協議：這是交換機上動態分配電腦IP的協議

　　ARP協議：這是交換機上的IP和MAC對應表，我們可以通過IP來查找出對應的MAC地址

　　DNS伺服器：這是功能變數名稱解析器，我們可以通過輸入功能變數名稱來查找對應的公網IP

　　網關：這相當於路由器上看門的，也就是路由器上的公網IP，在公網上傳輸的數據，只有在目標IP和網關一致時，網關才會讓數據進來

　　子網掩碼：主要用於判斷兩個IP是否屬於一個子網

二，網路通信流程

　　上圖為網路通信流程圖，主要分為以下三種情況：（以下三種情況描述純屬個人行為，不正確之處請指正）

　　一、從1號電腦傳輸數據到2號電腦

　　首先1號電腦把數據發到交換機A，數據主要包括2號電腦IP，自身電腦IP和MAC地址，加上真正要傳的內容，數據到交換機A後，經過ARP協議，加上2號電腦的IP獲得對應的MAC地址，交換機A就會在自身所連接的子網內廣播，在這子網內的電腦都會收到信息，在2號電腦收到消息後，確認是自己IP和MAC地址，然後就確認接收數據，其他的電腦確認不是自身的IP和MAC，就直接扔掉，這樣就完成了數據傳輸。

　　二、從1號電腦傳輸數據到3號電腦

　　首先1號電腦把數據發到交換機A，數據主要包括3號電腦IP，自身電腦IP和MAC地址，加上真正要傳的內容，數據到交換機A後，交換機A就會在自身所連接的子網內廣播，但沒找到，於是把數據拋給路由器，然後由路由器廣播到接入此路由器的交換機，找到對應的交換機2，通過交換機2廣播，找到3號電腦，完成通信。

　　三，從1號電腦到4號伺服器

　　首先在1號電腦上瀏覽器上輸入4號伺服器上一個網的功能變數名稱，通過DNS伺服器查找功能變數名稱對應的公網IP，然後把請求一層層發到路由器，路由器經過計算最有路徑，找到目標公網IP對應的路由，然後根據公網IP和程式埠號找到要訪問的網頁，然後伺服器在剛纔的路徑返回回去，把網頁內容返回給1號電腦，此時我們就完成了通信，就可以上網了。

三，兩種架構

　　C/S架構：即client客戶端/server服務端架構，比如qq，微信，客戶端需要下載應用程式，安裝之後才可以使用

　　B/S架構：即browser瀏覽器端和server伺服器端，比如各種網頁啊，這個是不需要下載安裝應用程式

四、osi七層模型

五，TCP協議和UDP協議區別

　　tcp協議：可靠的、面向連接的協議（eg:打電話）、傳輸效率低全雙工通信（發送緩存&接收緩存）、面向位元組流。使用TCP的應用：Web瀏覽器；文件傳輸程式

　　udp協議：不可靠的、無連接的服務，傳輸效率高（發送前時延小），一對一、一對多、多對一、多對多、面向報文(數據包)，盡最大努力服務，無擁塞控制。使用UDP的應用：功能變數名稱系統 (DNS)；視頻流；IP語音(VoIP)

在tcp協議下，是基於連接的，為了保證數據安全，存在一個三次握手，四次揮手的過程，而udp協議無連接的，所以沒有這過程。

三次握手：

TCP伺服器進程先創建傳輸控制塊TCB，時刻準備接受客戶進程的連接請求，此時伺服器就進入了LISTEN（監聽）狀態；
TCP客戶進程也是先創建傳輸控制塊TCB，然後向伺服器發出連接請求報文，這是報文首部中的同部位SYN=1，同時選擇一個初始序列號 seq=x ，此時，TCP客戶端進程進入了 SYN-SENT（同步已發送狀態）狀態。TCP規定，SYN報文段（SYN=1的報文段）不能攜帶數據，但需要消耗掉一個序號。
TCP伺服器收到請求報文後，如果同意連接，則發出確認報文。確認報文中應該 ACK=1，SYN=1，確認號是ack=x+1，同時也要為自己初始化一個序列號 seq=y，此時，TCP伺服器進程進入了SYN-RCVD（同步收到）狀態。這個報文也不能攜帶數據，但是同樣要消耗一個序號。
TCP客戶進程收到確認後，還要向伺服器給出確認。確認報文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列號seq=x+1，此時，TCP連接建立，客戶端進入ESTABLISHED（已建立連接）狀態。TCP規定，ACK報文段可以攜帶數據，但是如果不攜帶數據則不消耗序號。
當伺服器收到客戶端的確認後也進入ESTABLISHED狀態，此後雙方就可以開始通信了。

四次揮手：

　　數據傳輸完畢後，雙方都可釋放連接。最開始的時候，客戶端和伺服器都是處於ESTABLISHED狀態，然後客戶端主動關閉，伺服器被動關閉。服務端也可以主動關閉，一個流程。

客戶端進程發出連接釋放報文，並且停止發送數據。釋放數據報文首部，FIN=1，其序列號為seq=u（等於前面已經傳送過來的數據的最後一個位元組的序號加1），此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態。 TCP規定，FIN報文段即使不攜帶數據，也要消耗一個序號。
伺服器收到連接釋放報文，發出確認報文，ACK=1，ack=u+1，並且帶上自己的序列號seq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP伺服器通知高層的應用進程，客戶端向伺服器的方向就釋放了，這時候處於半關閉狀態，即客戶端已經沒有數據要發送了，但是伺服器若發送數據，客戶端依然要接受。這個狀態還要持續一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態持續的時間。
客戶端收到伺服器的確認請求後，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待伺服器發送連接釋放報文（在這之前還需要接受伺服器發送的最後的數據）。
伺服器將最後的數據發送完畢後，就向客戶端發送連接釋放報文，FIN=1，ack=u+1，由於在半關閉狀態，伺服器很可能又發送了一些數據，假定此時的序列號為seq=w，此時，伺服器就進入了LAST-ACK（最後確認）狀態，等待客戶端的確認。
客戶端收到伺服器的連接釋放報文後，必鬚髮出確認，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態。註意此時TCP連接還沒有釋放，必須經過2 $*$
伺服器只要收到了客戶端發出的確認，立即進入CLOSED狀態。同樣，撤銷TCB後，就結束了這次的TCP連接。可以看到，伺服器結束TCP連接的時間要比客戶端早一些。

六、套接字socket

　　套接字起源於 20 世紀 70 年代加利福尼亞大學伯克利分校版本的 Unix,即人們所說的 BSD Unix。因此,有時人們也把套接字稱為“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一開始,套接字被設計用在同一臺主機上多個應用程式之間的通訊。這也被稱進程間通訊,或 IPC。套接字有兩種（或者稱為有兩個種族）,分別是基於文件型的和基於網路型的。

七、基於tcp下的socket

在tcp下，基於連接的，需要先啟動服務端，在啟動客戶端。伺服器端先初始化Socket，然後與埠綁定(bind)，對埠進行監聽(listen)，調用accept阻塞，等待客戶端連接。在這時如果有個客戶端初始化一個Socket，然後連接伺服器(connect)，如果連接成功，這時客戶端與伺服器端的連接就建立了。客戶端發送數據請求，伺服器端接收請求並處理請求，然後把回應數據發送給客戶端，客戶端讀取數據，最後關閉連接，一次交互結束

服務端程式
import socket        #引入模塊
server=socket.socket()    #創建server對象
ip_port=('192.168.15.78',8888)    #聲明服務端的IP和程式埠
server.bind(ip_port)       #把ip_port綁定到對象
server.listen()       #監聽
while 1:
    conn,addr=server.accept()    #等待客戶端連接
    while 1:
        server_msg=input('服務端：')      
        conn.send(server_msg.encode('utf-8'))    #向客戶端發送消息
        from_client_msg=conn.recv(1024)      #接收客戶端消息
        print(from_client_msg.decode('utf-8'))
        if from_client_msg.decode('utf-8')=='byebye':     #如果收到消息為byebye，就斷開此次連接，繼續等待下一個客戶端連接
            break            #這就是優雅的斷開
    conn.close()
server.close()

客戶端程式
import socket
client=socket.socket()
server_ip_port=('192.168.15.78',8888)  #設置要連接服務端程式的IP和埠
client.connect(server_ip_port)    #進行連接
while 1:
    from_server_msg=client.recv(1024)     #接收服務端消息
    print(from_server_msg.decode('utf-8'))
    client_msg=input('客服端：')    
    client.send(client_msg.encode('utf-8'))     #向服務端發送消息
    if client_msg=='byebye':            #如果輸入為byebye，就斷開連接
        break
client.close()

tcp屬於長連接，長連接就是一直占用著這個鏈接，這個連接的埠被占用了，第二個客戶端過來連接的時候，他是可以連接的，但是處於一個占線的狀態，就只能等著去跟服務端建立連接，除非一個客戶端斷開了(優雅的斷開可以，如果是強制斷開就會報錯，因為服務端的程式還在第一個迴圈裡面)，然後就可以進行和服務端的通信了

八、基於udp協議下的socket

基於udp協議下的socket是不需要連接的。伺服器端先初始化Socket，然後與埠綁定(bind)，recvform接收消息，這個消息有兩項，消息內容和對方客戶端的地址，然後回覆消息時也要帶著你收到的這個客戶端的地址，發送回去，最後關閉連接，一次交互結束

服務端
import socket
server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
server_ip_port=('192.168.12.39',8888)
server.bind(server_ip_port)

while 1:
    from_client_msg, adrr = server.recvfrom(1024)
    print('來自%s的消息：%s'%(adrr,from_client_msg.decode('utf-8')))
    if from_client_msg.decode('utf-8')=='bye':
        break
    msg=input('請輸入：')
    msg1=msg+','+from_client_msg.decode('utf-8').replace('sb','alexsb')
    server.sendto(msg1.encode('utf-8'),adrr)

客戶端
import socket
client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
server_ip_port=('192.168.12.39',8888)
while 1:
    msg=input('請輸入：')
    client.sendto(msg.encode('utf-8'),server_ip_port)
    if msg=='bye':
        break
    from_server_msg,adrr=client.recvfrom(1024)
    print(from_server_msg.decode('utf-8'))
client.close()