python web开发网络编程 TCP/IP UDP协议

文章目录
1. TCP/IP协议
1.1 IP协议
1.2 TCP协议
2. UDP协议
3. Socket
4. TCP编程
4.1 创建TCP服务器
4.2 创建TCP客户端
4.3 简易聊天工具
5. UDP编程
5.1 创建UDP服务器
5.2 创建UDP客户端

learning from 《python web开发从入门到精通》

1. TCP/IP协议

大家都用同样的协议 protocol（沟通语言）才能对话

TCP/IP协议：

应用层：FTP文件传输，Telnet远程登录，DNS域名系统，SMTP电子邮件传输…（为用户提供服务）
传输层：TCP传输控制，UDP用户数据报（端到端通信，保证顺序传输数据和完整性）
网络层：IP网际协议，IGMP互联网组管理，ICMP互联网控制报文（主机到主机通信）
链路层：（监视数据在主机和网络之间的交换）

1.1 IP协议

数据被分成小包裹通过 IP包发出，不保证到达，不保证顺序

1.2 TCP协议

建立在 IP 协议之上，3次握手，建立可靠连接，保证数据顺序到达
丢失，自动重发
TCP 报文包含数据，源IP，目标IP，源端口，目标端口

2. UDP协议

面向无连接的协议，不需建立连接，只需知道对方 IP 和端口
不保证一定到达，但是速度比 TCP 快

3. Socket

两个程序要网络通信，都需要使用 Socket 套接字（孔，插座的意思）
用于描述 IP 地址和端口
服务打开一个 Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应不同的服务

python中的套接字：

代码语言：javascript复制

s = socket.socket(AddressFamily, Type)

AddressFamily，填socket.AF_INET （用于 Internet 进程间通信），填socket.AF_UNIX（用于同一台机器进程间通信）
Type 套接字类型，socket.SOCK_STREAM 流式套接字（主要用于 TCP），socket.SOCK_DGRAM 数据包套接字（主要用于 UDP）

常用函数：https://www.runoob.com/python/python-socket.html

函数	描述
服务器端套接字
s.bind()	绑定地址（host,port）到套接字，在 AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen()	开始 TCP 监听。backlog 指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为 1，大部分应用程序设为 5 就可以了。
s.accept()	被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来
客户端套接字
s.connect()	主动初始化TCP服务器连接，。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex()	connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常
公共用途的套接字函数
s.recv()	接收 TCP 数据，数据以字符串形式返回，bufsize 指定要接收的最大数据量。flag 提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()	发送 TCP 数据，将 string 中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于 string 的字节大小。
s.sendall()	完整发送 TCP 数据。将 string 中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回 None，失败则抛出异常。
s.recvfrom()	接收 UDP 数据，与 recv() 类似，但返回值是（data,address）。其中 data 是包含接收数据的字符串，address 是发送数据的套接字地址。
s.sendto()	发送 UDP 数据，将数据发送到套接字，address 是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()	关闭套接字
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)	设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件

4. TCP编程

主动发起连接的是：客户端被动响应连接的是：服务器

4.1 创建TCP服务器

创建套接字
bind 绑定 IP 和端口
listen socket 可以被动连接
accept 等待客户端连接
recv / send 接收发送数据

例子：使用 socket 模块，通过客户端浏览器向本地服务器（127.0.0.1）发起请求；服务器接到请求，向浏览器发送 hello world

代码语言：javascript复制

import socket

host = "127.0.0.1"  # IP
port = 8080  # 端口
web = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
web.bind((host, port))  # 绑定端口
web.listen(5)  # 监听,最多5个连接
print("服务器启动成功, 等待客户端连接...")
while True:
    conn, addr = web.accept()  # 建立客户端连接
    print("客户端连接成功, 地址:", addr)
    data = conn.recv(1024)  # 获取客户端发送的数据
    print("接收到客户端发送的数据:", data.decode())
    conn.sendall(b'HTTP/1.1 200 OKrnrnHello World, Michael!')  # 发送数据给客户端
    conn.close()  # 关闭连接
    print("客户端连接关闭")

代码语言：javascript复制

服务器启动成功, 等待客户端连接...
客户端连接成功, 地址: ('127.0.0.1', 7631)
接收到客户端发送的数据: GET / HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8080
Connection: keep-alive
sec-ch-ua: " Not A;Brand";v="99", "Chromium";v="96", "Microsoft Edge";v="96"
sec-ch-ua-mobile: ?0
sec-ch-ua-platform: "Windows"
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/96.0.4664.55 Safari/537.36 Edg/96.0.1054.34
Accept: text/html,application/xhtml xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9
Sec-Fetch-Site: none
Sec-Fetch-Mode: navigate
Sec-Fetch-User: ?1
Sec-Fetch-Dest: document
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6


客户端连接关闭
客户端连接成功, 地址: ('127.0.0.1', 7632)
接收到客户端发送的数据: GET /favicon.ico HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8080
Connection: keep-alive
sec-ch-ua: " Not A;Brand";v="99", "Chromium";v="96", "Microsoft Edge";v="96"
sec-ch-ua-mobile: ?0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/96.0.4664.55 Safari/537.36 Edg/96.0.1054.34
sec-ch-ua-platform: "Windows"
Accept: image/webp,image/apng,image/svg xml,image/*,*/*;q=0.8
Sec-Fetch-Site: same-origin
Sec-Fetch-Mode: no-cors
Sec-Fetch-Dest: image
Referer: http://127.0.0.1:8080/
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6


客户端连接关闭

4.2 创建TCP客户端

客户端比较简单一点

代码语言：javascript复制

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
host = "127.0.0.1"
port = 8080
s.connect((host, port))
while True:
    send_data = input("请输入要发送的数据：")
    if send_data == "exit":
        break
    s.send(send_data.encode("utf-8"))
    recvData = s.recv(1024).decode("utf-8")  # 最大接收1024字节
    print("接收到的数据：", recvData)
s.close()

4.3 简易聊天工具

服务端

代码语言：javascript复制

import socket

host = socket.gethostname()
port = 12345
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((host, port))
s.listen(1)
sock, addr = s.accept()
print('建立连接：', addr)
info = sock.recv(1024).decode()
while info != "byebye":
    if info:
        print("收到信息：", info)
    send_data = input("请输入发送的信息：")
    sock.send(send_data.encode())
    if send_data == "byebye":
        break
    info = sock.recv(1024).decode()
sock.close()
s.close()

客户端

代码语言：javascript复制

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
host = socket.gethostname()
port = 12345
s.connect((host, port))
print("已经连接到服务器")
info = ''
while info != 'byebye':
    send_data = input("请输入要发送的数据：")
    s.send(send_data.encode())
    if send_data == 'byebye':
        break
    info = s.recv(1024).decode()
    print("收到服务器的数据：", info)
s.close()

5. UDP编程

UDP 面向消息的协议，无需建立连接，传输是不可靠的，一般用于：

语音广播，视频，聊天软件，TFTP（简单文件传送），SNMP（简单网络管理协议），RIP（路由信息协议），DNS（域名解释）

5.1 创建UDP服务器

例子：在客户端输入摄氏温度，发送给服务器，转换为华氏温度，发送给客户端显示

代码语言：javascript复制

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # UDP套接字
s.bind(('127.0.0.1', 1314))
print('绑定 UDP服务 到 1314 端口')
data, addr = s.recvfrom(1024) # 收到的数据是 byte 类型
data = float(data) * 1.8   32
send_data = "转换后的温度（华氏温度）："   str(data)
print("从%s:%s收到请求数据" % addr)
s.sendto(send_data.encode('utf-8'), addr) # 发送数据给客户端
s.close()

5.2 创建UDP客户端

代码语言：javascript复制

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
data = input("请输入要转换的摄氏温度：")
s.sendto(data.encode(), ("127.0.0.1", 1314))
print(s.recv(1024).decode())
s.close()