网络编程基础-socket的简单实用

• 2019 年 12 月 16 日
• 筆記

1.软件开发架构

开发软件需要开发一套客户端与服务端

客户端与服务端的作用

客户端：想连接服务端就连接服务端

服务端：24小时不间断开着为客服端提供服务

软件开发架构分为两种：

C/S架构、B/S架构

C/S架构：

Client:客户端

Server:服务端

优点：软件的使用稳定，并且可以节省网络资源

如QQ、pycharm等，手机端的微信、王者荣耀等等 缺点：1.若用户想在同一台设备上使用多个软件，必须下载多个客户端。 2.软件的每一次更新，客户端也必须跟着重新下载更新。

B/S架构：

Browser：浏览器（客户端）

Server：服务端

优点：浏览器充当客户端，无需用户下载更新多个软件，直接在浏览器上访问需要使用的软件。

缺点：消耗网络资源过大，当网络过慢时，软件的使用也会不稳定。 B/S架构的软件：例如在浏览器（客户端）上输入某个软件的域名

2.网络编程

发展历史： ————所有先进的技术都源自于军事，希望通过远程获取数据，所以出现了网络编程。 早期如何实现远程通信： ——打电话————》电话线 ——电脑台式电脑————》网线，有线网卡 ——笔记本电脑————》有线网卡、无线网卡 要实现远程通讯必须具备 1.物理连接介质》网卡…… 2.互联网协议 人与人之间沟通：中文、英文 计算机沟通的介质：‘互联网协议’

3.互联网协议

​ 互联网协议又称为网络七层协议，OSI七层协议，OSI是一个世界标准组织

### OSI七层协议：

​ ——应用层 ​ ——表示层 ​ ——会话层 ​ ——传输层 ​ ——网络层 ​ ——数据链路层 ​ ——物理连接层 ​ 学习由下到上： ​ ——物理连接层 ​ 基于电信号发送二进制的数据

​ ——数据链路层 ​ 数据链路层的以太网协议专门处理基于电信号发送的二进制数据

以太网协议：

​ 1.规定好电信号分组的数据方式 ​ 2.每一台连接网线的电脑都必须有一块网卡 ​ 网卡由不同的厂商生产 ​ 每块网卡都有世界上独一无二的12位编号 ​ 前六位：厂商号 ​ 后六位：流水号

​ 交换机：可以让多台电脑互联到一起

​ 基于以太网协议发送数据： ​ 特点： ​ 广播、单播 ​ 弊端：广播风暴、局域网与局域网之间不能夸局域网通信

广播风暴：指当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪

​ 互联网：让局域网之间进行通讯

​ ——网络层 ​ ip地址：用于唯一标识计算机（局域网）的地址 ​ ip：点分十进制 ​ 最大值：0.0.0.0 ​ 最小值：255.255.255.255 ​ IPV4：互联网通信协议第四版，2011年其位址被用尽 ​ IPV6：IPV4版本的地址不够用所以出现了IPV6 ​ 本机IP：回环地址：127.0.0.1——》localhost ​ ——传输层 ​ TCP/UDP ​ 端口号：表示电脑的某一个软件

​ 端口号范围：0-65535

注意

 1. 0-1024都被操作系统使用了（不要动）          2

1. 尽量使用8000以外的端口号

开发中常用的软件的默认端口号：

     ​        MySQL：3306       ​        MongoDB：27017       ​        Django：8000       ​        Tomcat：8080       ​        Flask：5000       ​        Redis：6379

​ 若想服务端与客户端进行通信，必须建立连接。产生双向通道。 ​ 一条是客户端往服务器发送消息的，另一端是服务端向客户端发送消息的。 IP：用于唯一标识计算机的位置。

port：端口 用于确认计算机上的一个应用软件。

IP+port：世界上某一台电脑上的一个应用软件。

TCP协议工作原理：

​ TCP协议是流式协议 ​ TCP协议的工作原理

三次握手与四次挥手：

​ 三次握手，建立连接：建立双向通道，建立好链接。

三次握手：

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

客户端向服务端发送数据，数据存放在客户端的内存中，需要服务端确认收到，数据才会在内存中释放掉，否则会隔一段时间发送一次，让服务端返回确认收到。在一段时间内，若服务端还是不返回消息，则取消发送，并释放掉内存中的数据。

利用三次握手的洪水攻击出现在第一次握手实时，多台客户端同时向服务端发送syn请求，之后又不回复服务端发过来的建立连接的消息。详细内容参考此链接

四次挥手：

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。 2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。 3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。 4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。 5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。 6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

关于三次握手和四次挥手详细内容及相关面试题可以参考该连接

​ 反馈机制：客户端往服务端发送消息，服务端接收到消息后必须要返回一个确认消息,否则客户端会一直发送消息，如果很长时间接收不到确认消息就停止发送消息。

​ ——应用层

socket：

​ socket是一个模块，可以写一套c/s架构的套接字 ​ socket套接字封装好各层协议的工作。socket属于抽象出来的一个层并不是真实的存在的，它封装了自己下面的层级。

使用socket的优点：可以节省开发成本。

socket的具体工作流程：

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

socket的详细介绍参考此链接

具体代码实现：

服务端：

import socket    # 默认指定TCP协议  # 买手机  server = socket.socket()  # 插卡  server.bind(      # ip + port      ('127.0.0.1', 9527)  )  # 开机，等待接听  server.listen(5)  # listen(5) 半连接池    # 监听是否有消息  # conn: 相当于服务端往客户端挖的管道  conn, addr = server.accept()  print(addr)    # 听客户端给我说话  data = conn.recv(1024).decode('utf-8')  # 可以接收1024字节数据  print(data)    conn.send(b'hello xiao tank')    # 挂电话  conn.close()    # 关机  server.close()

客户端：

import socket    # 买手机  client = socket.socket()    # 往服务端拨号  # client: 相当于客户端往服务端挖的管道  client.connect(      # ip + port: 寻找服务端      ('127.0.0.1', 9527)  )    # 客户端向服务端说话    client.send('你好'.encode('utf-8'))  data = client.recv(1024)  print(data)    # 关闭连接  client.close()

一个服务端与多个客户端进行连接与通信：

服务端：

import socket      serve = socket.socket()  serve.bind(('127.0.0.1',9527))  serve.listen(5)#半连接池：最多同时处于半连接状态的客户端的个数，当连接状态的客户端关闭之后，最早处于半连接的客户端与服务端进行连接，此时可以再有一台客户端进入半连接池等待与服务端的连接，这好比是排队买东西，一次只能排队5个人，当前面的人走了，则后面的人就可以进行消费。    #conn相当于服务端往客户端的的管道    while True:      conn, addr = serve.accept()      print(addr)      while True:            try:              data = conn.recv(1024).decode('utf-8')              print(data)              if data == 'q':                  break                send_msg = input('server:').encode('utf-8')              conn.send(send_msg)          except Exception as e:              print(e)              break      conn.close()

客户端：

import socket    client = socket.socket()    client.connect(('127.0.0.1',9527))      while True:      msg = input('client:').strip()      client.send(msg.encode('utf-8'))      if msg == 'q':          break      data = client.recv(1024).decode('utf-8')      print(data)  client.close()

socket（套接字）的内置方法

1.服务端套接字函数

2.客户端套接字函数

3.公共用途的套接字函数

4.面向锁的套接字方法

5.面向文件的套接字的函数