python環(huán)境下的tcp網(wǎng)絡(luò)編程

python環(huán)境下的tcp網(wǎng)絡(luò)編程

網(wǎng)絡(luò)概念

網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)和連線構(gòu)成，表示諸多對(duì)象及其相互聯(lián)系。在數(shù)學(xué)上，網(wǎng)絡(luò)是一種圖，一般認(rèn)為專指加權(quán)圖。網(wǎng)絡(luò)除了數(shù)學(xué)定義外，還有具體的物理含義，即網(wǎng)絡(luò)是從某種相同類型的實(shí)際問(wèn)題中抽象出來(lái)的模型。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)是信息傳輸、接收、共享的虛擬平臺(tái)，通過(guò)它把各個(gè)點(diǎn)、面、體的信息聯(lián)系到一起，從而實(shí)現(xiàn)這些資源的共享。

客戶端/服務(wù)端

1.在計(jì)算機(jī)中，客戶端和服務(wù)端的架構(gòu)模式，區(qū)分為硬件模式和軟件模式

  • 硬件客戶端
    客戶端（Client）或稱為用戶端，是指與服務(wù)器相對(duì)應(yīng)，為客戶提供本地服務(wù)的程序。除了一些只在本地運(yùn)行的應(yīng)用程序之外，一般安裝在普通的客戶機(jī)上，需要與服務(wù)端互相配合運(yùn)行。因特網(wǎng)發(fā)展以后，較常用的用戶端包括了如萬(wàn)維網(wǎng)使用的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，收寄電子郵件時(shí)的電子郵件客戶端，以及即時(shí)通訊的客戶端軟件等。對(duì)于這一類應(yīng)用程序，需要網(wǎng)絡(luò)中有相應(yīng)的服務(wù)器和服務(wù)程序來(lái)提供相應(yīng)的服務(wù)，如數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，電子郵件服務(wù)等等，這樣在客戶機(jī)和服務(wù)器端，需要建立特定的通信連接，來(lái)保證應(yīng)用程序的正常運(yùn)行。
  • 服務(wù)端
    服務(wù)端是為客戶端服務(wù)的，服務(wù)的內(nèi)容諸如向客戶端提供資源，保存客戶端數(shù)據(jù)。
  • 軟件客戶端/服務(wù)端
    軟件服務(wù)器和硬件服務(wù)器不同的是：軟件服務(wù)器是安裝在硬件上的一種特殊的軟件，可以通 過(guò)程序的執(zhí)行完成數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存取等等各種特性，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享通信，完成提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)的功能！

IP&PORT

  1. IP: internet protocal 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議，中文縮寫：網(wǎng)協(xié)；英文縮寫：IP
  2. PORT:端口 在通過(guò) IP 地址確定了網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)具體主機(jī)之后，具體的數(shù)據(jù)通信主要是通過(guò)工作在計(jì)算 機(jī)中的軟件執(zhí)行的。
  3. 計(jì)算機(jī)中的端口號(hào)的范圍是 0~65535 之間
    端口號(hào)根據(jù)其使用場(chǎng)景，一般區(qū)分為公用端口、動(dòng)態(tài)端口、保留端口
    公用端口：0~1023
    動(dòng)態(tài)端口：1024~65535
    保留端口：一般是 unix 系統(tǒng)中超級(jí)用戶進(jìn)程分配保留端口號(hào)

協(xié)議

協(xié)議：英文名稱 protocal，是多方協(xié)商計(jì)議之后得出的約定、規(guī)則、規(guī)范 (ps：不是強(qiáng)制約定的)
通常情況下為了讓工作在網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間能友好的完成不同軟件的數(shù)據(jù)的通信，出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的概念，通過(guò)協(xié)議的約束，不同地域環(huán)境的計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完 成流暢的正確的數(shù)據(jù)交互。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議目前最主流的就是歐洲計(jì)算機(jī)制造協(xié)會(huì)聯(lián)盟，也稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組 織 ISO 指定的 OSI/RM 七層網(wǎng)絡(luò)傳輸模型。

七層網(wǎng)絡(luò)傳輸模型

協(xié)議族

協(xié)議：通常指代單獨(dú)的一個(gè)協(xié)議，協(xié)議族通常指代互相關(guān)聯(lián)的一組協(xié)議，協(xié)議棧指代某一組互 相關(guān)聯(lián)的協(xié)議和他們所屬的 OSI 模型的層級(jí)結(jié)構(gòu)。

  • 常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議
協(xié)議名稱 協(xié)議描述
HTTP 超文本傳輸協(xié)議
HTTPS 提供安全通道的超文本傳輸協(xié)議
FTP 文件傳輸協(xié)議
SMTP 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議
TELNET 虛擬終端協(xié)議
SSH 安全外殼協(xié)議
POP3 郵局協(xié)議 ( 版本 3)
IP 數(shù)據(jù)包 交換 協(xié)議
TCP 端對(duì)端傳輸協(xié)議
UDP 數(shù)據(jù)廣播協(xié)議
DNS 域名解析 協(xié)議，可以通過(guò) nslookup查看域名解析信息
DHCP 動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議

PYTHON 傳輸層網(wǎng)絡(luò)編程

socket由來(lái)

python2.x/python3.x 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)編程的支持都是非常友好的，本身支持兩部分非常有用 的網(wǎng)絡(luò)編程方式。
? 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編程
? 非阻塞異步網(wǎng)絡(luò)編程
底層通過(guò)套接字 socket 對(duì)象的連接，完成多種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)程序服務(wù)端/客戶端的開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)通信。

socket 最初是為同一主機(jī)上的應(yīng)用程序創(chuàng)建，是的主機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)程序與另一個(gè)程序之 間可以完成數(shù)據(jù)通信操作，程序也稱為進(jìn)程，就出現(xiàn)了不同進(jìn)程間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的操作，因 為交互的模式不同，所以也一般將程序中的套接字區(qū)分為兩種
? 面向文件的套接字：通過(guò)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互
? 面向網(wǎng)絡(luò)的套接字：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互

python中的套接字

套接字模型對(duì)象，為了能明確的表示網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)數(shù)據(jù)交互的主機(jī)，需要通過(guò) IP 地址尋址確 定主機(jī)位置，通過(guò) PORT 端口號(hào)確定主機(jī)交互接口

在網(wǎng)絡(luò)套接字交互過(guò)程中，出現(xiàn)了兩種類型的套接字模型
? 面向連接的套接字模型
? 面向無(wú)連接的套接字模型

面向連接的套接字模型，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)連接模型，通過(guò)指定 的連接模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，類似我們生活中撥打電話一樣，首先保證通話連接的基礎(chǔ)上才 能完成通話內(nèi)容的交互，比較經(jīng)典的如 TCP 端對(duì)端傳輸協(xié)議就是面向連接的套接字對(duì)象

面向無(wú)連接的套接字模型，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，不需要有效的網(wǎng)絡(luò)連接模型，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中只負(fù)責(zé)發(fā)送/接受，不保證數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)效性；類似我們生活中的廣播電臺(tái)、電視信號(hào)等等，操作效率要比面向連接的套接字模型更加高效；比較經(jīng)典的 UDP 廣播 協(xié)議使用的就是面向無(wú)連接的套接字對(duì)象

python 中提供的網(wǎng)絡(luò)連接套接字，主要包含在 socket 模塊中 socket 模塊提供了 socket()函數(shù)可以完成如上描述的各種網(wǎng)絡(luò)套接字的構(gòu)建、通信等操作

? 基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu) socket.socket(socket_family, socket_type, protocal=0) socket_family：socket 地址家族，AF_UNIX/AF_LOCAL 或者 AF_INET socket_type：socket 連接類型 面向連接的(SOCK_STREAM)，面向無(wú)連接的(SOCK_DGRAME) protocal：傳輸協(xié)議，一般不用設(shè)置，使用默認(rèn)值進(jìn)行自動(dòng)匹配就好

? 創(chuàng)建 TCP 協(xié)議的套接字 socket 對(duì)象

tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

? 創(chuàng)建 UDP 協(xié)議的套接字 socket 對(duì)象

udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

ocket 套接字常用操作

屬性 描述
s.bind() 綁定(主機(jī)名稱、端口)到一個(gè)套接字上
s.listen() 設(shè)置并啟動(dòng) TCP 監(jiān)聽(tīng)
s.accept() 等待客戶端連接
s.connect() 連接指定服務(wù)器
s.connect_ex() 連接指定服務(wù)器，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤返回錯(cuò)誤信息
s.recv() 接受 TCP 消息
s.recv_into( 接受 TCP 消息到緩沖區(qū)
s.send() 發(fā)送 TCP 消息
s.sendall() 完整發(fā)送 TCP 消息
s.recvfrom() 接受 UDP 消息
s.recvfrom_into() 接受 UDP 消息到緩沖區(qū)
s.sendto() 發(fā)送 UDP 消息
s.shutdown() 關(guān)閉連接對(duì)
s.close() 關(guān)閉套接字對(duì)

TCP編程

TCP：Transmission Control Protocal 傳輸控制協(xié)議 是一種面向連接的，可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議
數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘奶幚矸绞?，?jīng)典的 TCP 模型中通過(guò)如下兩種方式完成連接的可靠性
? 三次握手建立連接 ?
A- > B：發(fā)送一個(gè)尋址請(qǐng)求碼 seq=100；
B->A：返回一個(gè)應(yīng)答 ack=101 ?
A->B：發(fā)送一個(gè)確認(rèn)請(qǐng)求碼 seq=101，確認(rèn)連接；
B->A：返回一個(gè)應(yīng)答 ack=300 ?
A->B：發(fā)送一個(gè)連接請(qǐng)求碼 ack=300；
B->A：返回應(yīng)答 ack=80 ?
A 和 B 之間開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)交互
? 四次揮手?jǐn)嚅_(kāi)連接 ?
A->B：發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證請(qǐng)求碼 seq=100，
B->A：返回一個(gè)應(yīng)答 ack=101 ?
A->B：發(fā)送一個(gè)傳輸結(jié)束標(biāo)記：seq=101；
B->A：返回一個(gè)應(yīng)答 ack=200 ?
A->B：發(fā)送一個(gè)確認(rèn)結(jié)束標(biāo)記：seq=200；
B->A：返回一個(gè)應(yīng)答 ack=300 ?
A->B：發(fā)送連接斷開(kāi)標(biāo)記：seq=300；
B->A：返回?cái)嚅_(kāi)連接應(yīng)答：ack=400

正是有了三次握手和四次揮手對(duì)于連接可靠性的保障，才讓 TCP 協(xié)議端對(duì)端的數(shù)據(jù)交互變 得可行，但是同樣由于該協(xié)議的過(guò)于可靠，被有心人利用經(jīng)常實(shí)施 DDOS 拒絕服務(wù)攻擊！

python環(huán)境下的TCP服務(wù)端開(kāi)發(fā)

服務(wù)端編程操作步驟
"""

tcp服務(wù)端開(kāi)發(fā)
version 1.1.0
author lkk
email lkk199404@163.com

"""

import socket

# 定義服務(wù)端主機(jī)信息
HOST = ''
PORT = 8888
ADDRESS = (HOST, PORT)
BUFFER = 1024
# 創(chuàng)建可以操作tcp協(xié)議的socket對(duì)象
test_tcp = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 將socket對(duì)象與服務(wù)端主機(jī)信息進(jìn)行綁定
test_tcp.bind(ADDRESS)

# 開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)
print('開(kāi)始啟動(dòng)服務(wù)端')
test_tcp.listen(255)

# 等待客服端的連接

while True:
    print('等待客戶端連接>>>>')
    client_socket, client_addr = test_tcp.accept()
    print('客戶端:{}連接成功'.format(client_addr))
    client_socket.send("歡迎您的使用".encode('gbk'))

    while True:
        info = client_socket.recv(BUFFER)
        msg1 = input('服務(wù)端:')
        client_socket.send(msg1.encode('gbk'))

        try:
            print('客戶端:{}'.format(info.decode('gbk')))
        except:
            print('客戶端:{}'.format(info.decode('gbk')))
        if msg1 == b'bye':
            print("客戶端:{}退出成功".format(client_addr))
            client_socket.close()
            break
# 關(guān)閉【服務(wù)端一般情況下不要求關(guān)閉】
tcp_socket.close()

python環(huán)境下的TCP客戶端開(kāi)發(fā)

"""
tcp客戶端開(kāi)發(fā)
version 1.1.0
author lkk
email lkk199404@163.com

"""

import socket

HOST = '192.168.11.203'
PORT = 8888
ADDRESS = (HOST, PORT)
BUFFER = 1024
test_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
test_client.connect(ADDRESS)

while True:
    info = test_client.recv(BUFFER)
    print("服務(wù)端:", info.decode("gbk"))
    msg1 = input('客戶端：')
    test_client.send(msg1.encode('gbk'))
    # print('客戶端:{}'.format())
    if msg1 == 'bye':
        test_client.close()
        break
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