一.網(wǎng)絡(luò)編程理論基礎(chǔ)

1.網(wǎng)絡(luò)

??????網(wǎng)絡(luò)，顧名思義就是通過點(diǎn)、線、面組成的一張連通全球的虛擬的大網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息資源上的共享。

??????最早期的網(wǎng)絡(luò)，是用物理線路將多臺計(jì)算機(jī)連接起來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間特定的數(shù)據(jù)交互。這種方式一定程度上緩解了數(shù)據(jù)共享的需求。然而這種方式極為簡陋，極大的限制了數(shù)據(jù)共享的范圍和計(jì)算機(jī)共享的普遍適用性，越來越不能滿足日益發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求。

??????在這種迫切需求數(shù)據(jù)通信共享的情況下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)數(shù)有了飛速的發(fā)展，為了在眾多計(jì)算機(jī)中找到特定的計(jì)算機(jī)，Vint cerf在實(shí)驗(yàn)?zāi)M階段使用了32位標(biāo)記的網(wǎng)絡(luò)地址協(xié)議（即后來的IP地址）用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上唯一的一臺計(jì)算機(jī)，為了能在一臺計(jì)算機(jī)中找到特定的某個程序，將計(jì)算機(jī)中的每個和外界連接的數(shù)據(jù)程序設(shè)定了數(shù)據(jù)通信通道（即后來的端口）

??????同一時間國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO定義了經(jīng)典的OSI/RM參考模型，極大的方便了人們在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信傳輸，同時人們可以通過不同的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳播和共享

2.網(wǎng)絡(luò)編程的模型

??????每一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基本都由服務(wù)端和客戶端組成，網(wǎng)絡(luò)編程的模型也就是"客戶端-服務(wù)器端"模型。那么什么是服務(wù)端什么又是客戶端呢？見名知意，服務(wù)端負(fù)責(zé)管理某些資源，而客戶端就是這些資源的需求者。就如同售貨員跟顧客一樣，售貨員提供商品，客戶從售貨員這里獲得他們需要的物品。

客戶端-服務(wù)器端

3.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

??????什么是協(xié)議？協(xié)議呢，通俗的來講，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是一種雙方都知道的必須遵守的約定。就比如兩個民族的人交流，但是你用苗語，他用瑤語，雖然各自都知道自己要表達(dá)的意思，但是對方聽不懂啊，為了更加友好的交流，就有了這么一個約定，都用漢語中的普通話交流，這樣就能消除各民族語言之間的差異導(dǎo)致的無效交流了，畢竟CCTV這個各民族都會看的頻道都說的是普通話嘛，誰都會誰都能聽得懂，何樂而不為呢？同樣的，計(jì)算機(jī)之間的通信也是遵循不同層次的協(xié)議，來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的通信。為了把全世界的所有不同類型的計(jì)算機(jī)都連接起來，就必須規(guī)定一套全球通用的協(xié)議，為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇就成為了通用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議包含了上百種協(xié)議，但是最重要的兩個協(xié)議是TCP和IP協(xié)議，而我們通常把基于TCP和IP協(xié)議的所有協(xié)議統(tǒng)稱為”TCP/IP協(xié)議（蔟）”。

??????網(wǎng)絡(luò)協(xié)議又是用來干什么的呢？你用兩個不同主機(jī)之間需要進(jìn)行通信,需要利用各種硬件(光纖,路由器,交換機(jī)等)實(shí)現(xiàn)物理連接組成局域網(wǎng)和廣域網(wǎng).這些網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)如果需要進(jìn)行通信,就需要遵守相同的約定,即協(xié)議.網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用抽象成7層,各層都有對應(yīng)的協(xié)議,這些協(xié)議有兩種基本的功能即命名方法(確定通信的雙方的身份)和傳送機(jī)制(如何把信息傳送過去).

七層模型

4.網(wǎng)絡(luò)中的通信方式

??????在網(wǎng)絡(luò)中，如何將數(shù)據(jù)包發(fā)送給對方呢？socket套接字的出現(xiàn)解決了這一問題，通過套接字 socket 對象的連接，完成多種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)程序服務(wù)端/客戶端的開發(fā)和數(shù)據(jù)通信。它不是一種協(xié)議,而是對TCP/UDP等協(xié)議進(jìn)行封裝以后供程序調(diào)用的接口,代碼中調(diào)用相應(yīng)的接口,即可將數(shù)據(jù)發(fā)送給對方。這種編程方式叫做socket編程.客戶端建立一個socket,服務(wù)端建立一個socket,二者建立連接后便可以進(jìn)行通信,以TCP協(xié)議的socket為例,步驟如下:

1)服務(wù)端創(chuàng)建一個socket,并且需要指定相應(yīng)的端口(端口為2字節(jié)),此時這個服務(wù)進(jìn)程便于該端口綁定,監(jiān)聽端口的連接請求;

2)客戶端創(chuàng)建一個socket,客戶端的端口號一般由內(nèi)核分配,

3)客戶端的socket向某IP地址:端口的socket發(fā)送連接請求;

4)服務(wù)端的socket監(jiān)聽到連接請求后建立連接,此時兩個socket便建立了可靠地TCP連接,可以進(jìn)行通信;

5)通信結(jié)束后客戶端關(guān)閉socket并向服務(wù)端發(fā)送關(guān)閉請求;

6)服務(wù)端受到關(guān)閉請求后關(guān)閉socket

socket是長連接,連接建立后可以多次通信,最后主動關(guān)閉連接.實(shí)際中可能長時間不通信socket也會斷掉,此時需要自己實(shí)現(xiàn)心跳機(jī)制確保連接不斷開;
??????基本語法結(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)行自動匹配就好
??????創(chuàng)建 TCP 協(xié)議的套接字 socket 對象:

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

??????創(chuàng)建 UDP 協(xié)議的套接字 socket 對象：

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

??????socket套接字常用操作：

二.TCP編程理論基礎(chǔ)

1.三次握手與四次揮手

??????TCP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，通過三次握手與四次揮手完成連接的可靠性。
三次握手：
第一次握手：客戶端向服務(wù)器端發(fā)送連接請求包SYN（syn=j），等待服務(wù)器回應(yīng)；

第二次握手：服務(wù)器端收到客戶端連接請求包SYN（syn=j）后，將客戶端的請求包SYN（syn=j）放入到自己的未連接隊(duì)列，此時服務(wù)器需要發(fā)送兩個包給客戶端；
　?。?）向客戶端發(fā)送確認(rèn)自己收到其連接請求的確認(rèn)包ACK（ack=j+1），向客戶端表明已知道了其連接請求
　?。?）向客戶端發(fā)送連接詢問請求包SYN（syn=k），詢問客戶端是否已經(jīng)準(zhǔn)備好建立連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；
　　即在第二次握手時服務(wù)器向客戶端發(fā)送ACK（ack=j+1）和SYN（syn=k）包，此時服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)。

第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的ACK（ack=j+1）和SYN（syn=k）包后，知道了服務(wù)器同意建立連接，此時需要發(fā)送連接已建立的消息給服務(wù)器；
　　向服務(wù)器發(fā)送連接建立的確認(rèn)包ACK（ack=k+1），回應(yīng)服務(wù)器的SYN（syn=k）告訴服務(wù)器，我們之間已經(jīng)建立了連接，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
　　ACK（ack=k+1）包發(fā)送完畢，服務(wù)器收到后，此時服務(wù)器與客戶端進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

三次握手

四次揮手：
第一次揮手：主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送FIN包；A告訴B，我（A）發(fā)送給你（B）的數(shù)據(jù)大小是N，我發(fā)送完畢，請求斷開A->B的連接。

第二次揮手：主機(jī)B收到了A發(fā)送的FIN包，并向主機(jī)A發(fā)送ACK包；B回答A，是的，我總共收到了你發(fā)給我N大小的數(shù)據(jù)，A->B的連接關(guān)閉。

第三次揮手：主機(jī)B向主機(jī)A發(fā)送FIN包；B告訴A，我（B）發(fā)送給你（A）的數(shù)據(jù)大小是M，我發(fā)送完畢，請求斷開B->A的連接。
第四次揮手：主機(jī)A收到了B發(fā)送的FIN包，并向主機(jī)B發(fā)送ACK包；A回答B(yǎng)，是的，我收到了你發(fā)送給我的M大小的數(shù)據(jù)，B->A的連接關(guān)閉。

四次揮手

2.服務(wù)端的開發(fā)

服務(wù)端的編程操作步驟如下：
1）定義需要監(jiān)聽的主機(jī) IP 和端口號
2）綁定 IP 地址和端口號到套接字對象
3）開始監(jiān)聽
4）等待連接
5）連接成功-開始數(shù)據(jù)通信
6） 斷開連接

# -*- coding: utf-8 -*-

import socket,time

HOST = ''
PORT = 8081
ADDRESS = (HOST,PORT)
BUFFER = 1024

#創(chuàng)建服務(wù)端套接字
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ADDRESS)
tcp_server.listen(10086)

while True:
    #等待客戶端建立連接
    print('waitting')
    client_socket,client_address = tcp_server.accept()
    print("歡迎{}的光臨".format(client_address))
    while True:
        #服務(wù)端發(fā)送消息
        info = input("server:")
        client_socket.send(info.encode('utf-8'))
        print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()))

        #接收客戶端消息
        msg = client_socket.recv(BUFFER)
        print("client{}:{}".format(client_address,msg.decode('utf-8')))
        print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()))
        print("☆" * 20)

        #客戶端退出服務(wù)端等待狀態(tài)
        if msg == b'bye':
            client_socket.close()
            break

tcp_server.close()

3.客戶端的開發(fā)

客戶端開發(fā)操作步驟如下：
1)創(chuàng)建 TCP 連接套接字對象
2)向指定的 IP 和 PORT 發(fā)起請求，請求連接
3)連接成功，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)操作
4)關(guān)閉連接，釋放資源

# -*- coding: utf-8 -*-

import socket,time

TARGET_HOST = '192.168.209.1'
TARGRT_PORT = 8081
TARGET_ADDRESS = (TARGET_HOST,TARGRT_PORT)
BUFFER = 1024

#創(chuàng)建套接字對象，連接主機(jī)
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(TARGET_ADDRESS)

while True:

    #接收服務(wù)端消息
    msg = tcp_client.recv(BUFFER)
    print("server:{}".format(msg.decode('utf-8')))
    print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()))

    #客戶端發(fā)送消息
    info = input("client:")
    tcp_client.send(info.encode('utf-8'))
    print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()))
    print("☆" * 20)

    #客戶端關(guān)閉套接字退出
    if info == 'bye':
        tcp_client.close()
        break

print("客戶端退出")