03-网络编程

一、IP地址：

    标识网络中设备的一个地址，也就是说通过IP地址能够找到网络中某台设备。

    1.IP 地址分为两类： IPv4 和 IPv6

        IPv4 是目前使用的ip地址

        IPv6 是未来使用的ip地址

        IPv4 是由点分十进制组成

        IPv6 是由冒号十六进制组成

    

    2.查看 IP 地址（网卡信息）

        Linux 和 mac OS 使用 ifconfig 这个命令

        Windows 使用 ipconfig 这个命令

 

        注意：127.0.0.1表示本机地址，提示：如果和自己的电脑通信就可以使用该地址。

              127.0.0.1该地址对应的域名是localhost，域名是 ip地址的别名，通过域名能解析出一个对应的ip地址。

    

    3.查看网络是否正常：ping

        ping www.baidu.com 检查是否能上公网

        ping 当前局域网的ip地址 检查是否在同一个局域网内

        ping 127.0.0.1 检查本地网卡是否正常

 

二、端口和端口号

    1. 端口：是传输数据的通道，每一个端口都会有一个对应的端口号，想要找到端口通过端口号即可。

        端口号：操作系统为了统一管理这么多端口，就对端口进行了编号，这就是端口号，端口号可以标识唯一的一个端口。端口号有65536个

 

    2. 端口号的分类

        知名端口号:是指众所周知的端口号，范围从0到1023。

            这些端口号一般固定分配给一些服务，比如21端口分配给FTP(文件传输协议)服务，25端口分配给SMTP（简单邮件传输协议）服务，80端口分配给HTTP服务。

        动态端口号:一般程序员开发应用程序使用端口号称为动态端口号, 范围是从1024到65535。

            如果程序员开发的程序没有设置端口号，操作系统会在动态端口号这个范围内随机生成一个给开发的应用程序使用。当运行一个程序默认会有一个端口号，当这个程序退出时，所占用的这个端口号就会被释放。

 

三、TCP(Transmission Control Protocol)简称传输控制协议

    它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

    TCP通信步骤：创建链接——传输数据——关闭连接

    特点：

    面向连接

        通信双方必须先建立好连接才能进行数据的传输，数据传输完成后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。

    可靠传输

        TCP 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

 

四、socket（套接字）：进程之间通信一个工具，负责进程之间的网络数据传输，好比数据的搬运工。

 

    为了保证数据的完整性和可靠性我们使用 tcp 传输协议进行数据的传输，为了能够找到对应设备我们需要使用 ip 地址，为了区别某个端口的应用程序接收数据我们需要使用端口号，那么通信数据是如何完成传输的呢？使用 socket 来完成

 

    1. socket 类的介绍

        import socket

        

        socket 对象 socket.socket(AddressFamily, Type)

        参数说明:

            AddressFamily 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6

            Type 表示传输协议类型

        方法说明:

            客户端：

            connect((host, port)) 表示和服务端套接字建立连接, host是服务器ip地址，port是应用程序的端口号

            send(data) 表示发送数据，data是二进制数据

            recv(buffersize) 表示接收数据, buffersize是每次接收数据的长度

            服务端：

            bind((host, port))表示绑定端口号,host是ip地址，port是端口号，ip地址一般不指定，表示本机的任何一个ip地址都可以。

            listen (backlog) 表示设置监听，backlog参数表示最大等待建立连接的个数。

            accept() 表示等待接受客户端的连接请求

            send(data) 表示发送数据，data 是二进制数据

            recv(buffersize) 表示接收数据, buffersize 是每次接收数据的长度

 

五、TCP 网络应用程序开发

    1. 分为客户端程序开发和服务端程序开发。

        主动发起建立连接请求的是客户端程序

        等待接受连接请求的是服务端程序

    

    可参考下图理解：

  

 

    2. 客户端程序开发

        步骤：

            创建客户端套接字对象

            和服务端套接字建立连接

            发送数据：‘send’：参数1: 要发送的二进制数据，注意: 字符串需要使用encode()方法进行编码

            接收数据：‘recv’：参数1: 表示每次接收数据的大小，单位是字节

            关闭客户端套接字

        Eg：

import socket
 
if __name__ == '__main__':
    # 创建tcp客户端套接字
    # 1. AF_INET：表示ipv4
    # 2. SOCK_STREAM: tcp传输协议
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 和服务端应用程序建立连接
    tcp_client_socket.connect(("192.168.131.62", 8080))
    # 代码执行到此，说明连接建立成功
    # 准备发送的数据
    send_data = "你好服务端，我是客户端小黑!".encode("utf-8")
    # 发送数据
    tcp_client_socket.send(send_data)
    # 接收数据, 这次接收的数据最大字节数是1024
    recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
    # 返回的直接是服务端程序发送的二进制数据
    print(recv_data)
    # 对数据进行解码，注意：如果是win接受的数据，解码需要使用gbk
    recv_content = recv_data.decode("utf-8")
    print("接收服务端的数据为:", recv_content)
    # 关闭套接字
    tcp_client_socket.close()
-------------------------------------------------
执行结果:
 
b'hello'
接收服务端的数据为: hello       

        说明：

            str.encode(编码格式) 表示把字符串编码成为二进制

            data.decode(编码格式) 表示把二进制解码成为字符串

 

    3. 服务端程序开发

        步骤：

            创建服务端端套接字对象

            绑定端口号：‘bind’参数: 元组, 比如:(ip地址, 端口号)

            设置监听：‘listen’参数: 最大等待建立连接的个数

            等待接受客户端的连接请求‘accept’

            接收数据：‘send’参数: 要发送的二进制数据， 注意: 字符串需要使用encode()方法进行编码

            发送数据：‘recv’参数: 表示每次接收数据的大小，单位是字节，注意: 解码成字符串使用decode()方法

            关闭套接字

 

        Eg：

import socket
 
if __name__ == '__main__':
    # 创建tcp服务端套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # 给程序绑定端口号
    tcp_server_socket.bind(("", 8989))
    # 设置监听
    # 128:最大等待建立连接的个数， 提示： 目前是单任务的服务端，同一时刻只能服务与一个客户端，后续使用多任务能够让服务端同时服务与多个客户端，
    # 不需要让客户端进行等待建立连接
    # listen后的这个套接字只负责接收客户端连接请求，不能收发消息，收发消息使用返回的这个新套接字来完成
    tcp_server_socket.listen(128)
    # 等待客户端建立连接的请求, 只有客户端和服务端建立连接成功代码才会解阻塞，代码才能继续往下执行
    # 1. 专门和客户端通信的套接字： service_client_socket
    # 2. 客户端的ip地址和端口号： ip_port
    service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
    # 代码执行到此说明连接建立成功
    print("客户端的ip地址和端口号:", ip_port)
    # 接收客户端发送的数据, 这次接收数据的最大字节数是1024
    recv_data = service_client_socket.recv(1024)
    # 获取数据的长度
    recv_data_length = len(recv_data)
    print("接收数据的长度为:", recv_data_length)
    # 对二进制数据进行解码
    recv_content = recv_data.decode("utf-8")
    print("接收客户端的数据为:", recv_content)
    # 准备发送的数据
    send_data = "ok, 问题正在处理中...".encode("utf-8")
    # 发送数据给客户端
    service_client_socket.send(send_data)
    # 关闭服务与客户端的套接字， 终止和客户端通信的服务
    service_client_socket.close()
    # 关闭服务端的套接字, 终止和客户端提供建立连接请求的服务
    tcp_server_socket.close()
-----------------------------------------------------------
执行结果:
 
客户端的ip地址和端口号: ('172.16.47.209', 52472)
接收数据的长度为: 5
接收客户端的数据为: hello  
 

 

        注意：服务端程序退出后端口号不会立即释放，需要等待大概1-2分钟

        解决方法：

            1. 更换服务端端口号

            2. 设置端口号复用(推荐大家使用)，也就是说让服务端程序退出后端口号立即释放。

                设置端口号复用的代码如下:

# 参数1: 表示当前套接字
# 参数2: 设置端口号复用选项
# 参数3: 设置端口号复用选项对应的值
tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) 

    4. TCP网络应用程序的注意点：

        1. 当 TCP 客户端程序想要和 TCP 服务端程序进行通信的时候必须要先建立连接

        2. TCP 客户端程序一般不需要绑定端口号，因为客户端是主动发起建立连接的。

        3. TCP 服务端程序必须绑定端口号，否则客户端找不到这个 TCP 服务端程序。

        4. listen 后的套接字是被动套接字，只负责接收新的客户端的连接请求，不能收发消息。

        5. 当 TCP 客户端程序和TCP服务端程序连接成功后，TCP服务器端程序会产生一个新的套接字，收发客户端消息使用该套接字。

        6. 关闭 accept 返回的套接字意味着和这个客户端已经通信完毕。

        7. 关闭 listen 后的套接字意味着服务端的套接字关闭了，会导致新的客户端不能连接服务端，但是之前已经接成功的客户端还能正常通信。

        8. 当客户端的套接字调用 close 后，服务器端的 recv 会解阻塞，返回的数据长度为0，服务端可以通过返回数据的长度来判断客户端是否已经下线，反之服务端关闭套接字，客户端的recv也会解阻塞，返回的数据长度也为0。

 

    5. socket之send和recv原理剖析

        TCP socket的发送和接收缓冲区：当创建一个TCPsocket对象的时候会有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区，这个发送和接收缓冲区指的就是内存中的一片空间。

 

        send是不是直接把数据发给服务端?

            不是，要想发数据，必须得通过网卡发送数据，应用程序是无法直接通过网卡发送数据的，它需要调用操作系统接口，也就是说，应用程序把发送的数据先写入到发送缓冲区(内存中的一片空间)，再由操作系统控制网卡把发送缓冲区的数据发送给服务端网卡 。

 

        recv是不是直接从客户端接收数据?

            不是，应用软件是无法直接通过网卡接收数据的，它需要调用操作系统接口，由操作系统通过网卡接收数据，把接收的数据写入到接收缓冲区(内存中的一片空间），应用程序再从接收缓存区获取客户端发送的数据。

 

        可参考下图理解：

 

        小结：

            不管是recv还是send都不是直接接收到对方的数据和发送数据到对方，发送数据会写入到发送缓冲区，接收数据是从接收缓冲区来读取，发送数据和接收数据最终是由操作系统控制网卡来完成。

 

拓展：让虚拟机和本机电脑的ip不一样：虚拟机选项卡——设置——网络适配器——桥接模式