浅谈Python中TCP和UDP等网络编程协议

最近在学习python编程，自己稍微整理了一下这两天的学习心得

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一、什么是网络编程协议

       首先网络编程协议的目的是为了方便使用与管理，避免出现网络拥堵。倘若没有固定协议，就有可能会出现，如下图的情况，完全无法进行沟通，放在网络上就会出现网络堵塞，所以我们必须制定一些方案和协议来统一。

沟通不便

二、分层模型

   1) 网络分层架构

               为了减少协议设计的复杂性，大多数网络模型均采用分层的方式来组织。每一层都有自己的功能，就像建筑物一样，每一层都靠下一层支持。每一层利用下一层提供的服务来为上一层提供服务，本层服务的实现细节对上层屏蔽。

分层模式

越下面的层，越靠近硬件，越上面的层，越接近用户。主要四层模式为：应用层，运输层，网络层，链路层。

2）链路层

    链路层指定的就是mac地址，每台电脑出厂时配置的网卡对应地址都会不同，这个是一开始就决定好的，无法改变。

3）网络层

    网络层主要指的就是ip地址，通过用户指的ip地址进行相对应的访问操作（ip由来等细节不做细讲，自行百度）

4）运输层

    通过每个应用不同的端口号进行传输，端口号范围是从0到65535，每个端口都对应电脑上不同的进程，windows用户可以在命令提示符中输入netstat -ano看到，在本地地址冒号后面，即可看见，Linux中输入ps -auo即可，一个端口号只能服务一个进程。其中80端口分配给HTTP服务，21端口分配给FTP服务。就类似固定电话，10010,10086等。

windows查看进程端口

5) 应用层

    经过链路层，网络层，传输层，最后就是通过前面是三个来确认到最后需要传输到的应用中去

传输示意图

三、UDP

1)udp简介

        UDP是 User Datagram Protocol 的简称， 中文名是用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议，在网络中用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP不提供可靠性的传输，它只是把应用程序传给 IP 层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于 UDP 在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。

2）udp通信模型

    主要客户端通过sendto(msg, (ip,port))访问，并发送消息，但不会确认是否到达，recvfrom()用来接收消息，并且会堵塞，如果一直没有消息送来，则会一直堵塞下去。服务器通过bind((ip,port))绑定ip地址和端口，注意是元组,.close用来关闭连接。（注意，网路传输中都是通过字节的方式进行传输，所以再接收和发送时都要主要转码和解码）

udp通信模型

四、TCP

1）tcp简介

    TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）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通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中打电话。

2）tcp通信模型

    tcp客服端：通过connect((ip, port))来请求连接，send()进行发送消息，recv()进行接受消息

    tcp服务器： 通过bind((ip, port))绑定ip和端口，ip不写则代表默认本机所有地址，listen()控制客服端的连接数量，accept()等待阻塞，一直到客户端的到来，recv()接受消息，send()发送消息。在做多用户聊天时一定要注意accept()的位置，因为单线程每次有客户端连接都会把上次的连接断开，这里涉及到了多线程，目前正在学习中。。。

tcp传输模型

五、TCP和UDP的优缺点

1）tcp的优点

        1.1 TCP采用发送应答机制

                    TCP发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段传输成功。

        1.2 超时重传

                        发送端发出一个报文段之后就启动定时器，如果在定时时间内没有收到应答就重新发送这个报文段。TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。

           1.3  错误校验

                            TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

            1.4  流量控制和阻塞管理

                                流量控制用来避免主机发送得过快而使接收方来不及完全收下。

2）udp的优点

        传输速度快，传输稳定，避免丢包，相对而言，udp会更加的安全一些

3）tcp不同与udp

    面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才作传输。）

    有序数据传输

    重发丢失的数据包

    舍弃重复的数据包

    无差错的数据传输

    阻塞/流量控制

4) 优劣

    udp在传输方面比tcp更胜一筹，但是不能保证稳定到达用户，tcp传输慢，但是能保证消息传输到用户，但是容易丢包，导致数据被抓包

以上就是个人这两天学习udp和tcp的一些看法，还有很多不足的的地方，希望谅解，如有不足，欢迎留言。我也是学习python没多久，来和大家一起分享一下，希望和大家一起进步。还有tcp的三次握手，四次挥手，就没在此处提了，有需求的朋友可以去百度一下或者谷歌一下。