Python网络编程-(UDP、TCP、socket)

UDP发送与接收数据

介绍
现在有两个需求,怎么从两个不同的文件,传递另一个文件的内容。

不通过导入模块的方式,如何实现在 a.py 中存数据, b.py 读数据。
Python网络编程-(UDP、TCP、socket)_第1张图片
这都是同以计算机,如果不同计算机之间进行传输通信,那么就会使用到网络。比如QQ,微信等APP。

计算机网络的发展及基础网络概念

两台电脑的通信
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  • 网线
  • 网卡
  • 唯一标识mac地址,但复杂。使用ip地址唯一标识。

IP地址与IP协议
规定网络地址的协议叫ip协议,它定义的地址称为ip地址。广泛采用的v4版本的即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示。
注意:
• 一个ip地址通常写成四段十进制数
• 范围0.0.0.0-255.255.255.255

windows和Linux查看网卡信息
• Linux中

ifconfig

• windows中

ipconfig

IP地址分类
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以太网
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广域网
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网关的概念——局域网中的机器想要访问局域网外的机器,需要通过网关访问。

端口
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端口分类
1.知名端口(well known ports)

  • 80端口分配给HTTP服务
  • 21端口分配给FTP服务
    • 范围是从0到1023

2.动态端口

  • 动态端口的范围是从1024-65535
    注意:
  • 在同一时间只会有一个程序占用一个端口,不可能在同一个计算机上同一时间有两个程序占用一个端口。

socket简介

TCP/IP协议
TCP/IP协议是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写,即传输控制协议/因特网互联协议,又名网络通讯协议,是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。
然而,TCP/IP协议并不是国际官方组织制定的标准,而是民间组织(一些大型国际厂商、高等院校)自行商定的标准,因为更简便,推广力度更大,而成为了事实上的标准。
TCP/IP网络模型四层模型从根本上和OSI七层网络模型是一样的,只是合并了几层
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在TCP/IP协议中,其各层之间的通信机制,大致如下图所示:
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socket介绍
socket又称"套接字",应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求,使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。白话说,socket就是两个节点为了互相通信,而在各自家里装的一部’电话’。

加入socket后,网络关系如下图所示:

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udp发送与接收数据

udp发送数据
实现步骤:
• 1.创建套接字
• 2.使用套接字收/发数据
• 3.关闭套接字

import socket
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)    #1.创建套接字
udp_socket.sendto(b"nihao", ("192.168.20.216", 8080))   #2.使用套接字/发数据
udp_socket.close()  #3.关闭套接字

udp接收数据
实现步骤:
• 1.创建套接字
• 2.绑定本地信息(IP和端口)
• 3.接受数据
• 4.打印数据
• 5.关闭套接字

import socket
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)   #创建套接字
bind_addr = ("", 7788)     #绑定本地信息
udp_socket.bind(bind_addr) #接受数据
recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)  #打印数据
udp_socket.close()   #关闭套接字

udp聊天器
• 1.创建套接字 套接字是可以同时收发数据的
• 2.发送数据
• 3.接收数据

TCP发送与接收数据

TCP协议介绍

当应用程序希望通过TCP与另一个应用程序通信时,它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后,TCP将在两个应用程序之间建立一个全双工(full-duplex)的通信。
这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信路线,直到它被一方或双方关闭为止。
三次握手

  • 初版,四次握手
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  • 进化,三次握手
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    数据传输
    在这里插入图片描述
    四次挥手
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TCP特点

  • 面向连接
  • 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

UDP协议介绍

当应用程序希望通过UDP与一个应用程序通信时,传输数据之前源端和终端不建立连接。

当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上
在这里插入图片描述

TCP与UDP区别

  • TCP面向连接;UDP是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接。
  • TCP提供可靠的服务。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保证可靠交付。
  • UDP具有较好的实时性,工作效率比TCP高,适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。
  • 每一条TCP连接只能是点到点的:UDP支付一对一,* * 一对多和多对一和多对多的交互通信。
  • TCP对系统资源要求较多,UDP对系统资源要求较少。

UDP通信

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TCP通信

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TCP客户端构建流程

1.创建socket
2.链接服务器
3.接收数据
4.关闭套接字

import socket

def main():
    tcp_client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)

    server_ip = input("server_ip:")
    server_port = int(input("server_port:")) 
    tcp_client.connect((server_ip, server_port))

    send_data = input("发送的数据:")
    tcp_client.send(send_data.encode())

    print(recv_data.decode("gbk")) 

    tcp_client.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

TCP服务端

• 1.socket创建套接字
• 2.bind绑定IP和port
• 3.listen使套接字变为可以被动链接
• 4.accept等待客户端的链接
• 5.recv/send接收发送数据

import socket

def main():
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    tcp_server.bind(("192.168.20.216", 7890))
    
    tcp_server.listen(128)

    new_client_socket, client_addr = tcp_server.accept()
    
    recv_data = new_client_socket.recv(1024)
    print(recv_data.decode("gbk"))
    
    send_data = input("请输入你要发送给client的信息:")
    new_client_socket.send(send_data.encode("gbk"))
    
if __name__ == '__main__':
    main()

需求:
• 实现TCP服务端为多个客户端服务
• 实现为客户端多次服务

需求:文件下载器
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python网络编程

Python 提供了两个级别访问的网络服务:

  • 低级别的网络服务支持基本的 Socket,它提供了标准的 BSD Sockets API,可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。
  • 高级别的网络服务模块 SocketServer, 它提供了服务器中心类,可以简化网络服务器的开发。

Socket又称"套接字",应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求,使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

import socket
socket.socket([family[, type[, proto]]])  
#创建套接字的语法格式
#family: 套接字家族可以是 AF_UNIX 或者 AF_INET
#type: 套接字类型可以根据是面向连接的还是非连接分为#SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
#protocol: 一般不填默认为0.

Socket 对象(内建)方法

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,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

简单实例

服务端
我们使用 socket 模块的 socket 函数来创建一个 socket 对象。socket 对象可以通过调用其他函数来设置一个 socket 服务。

现在我们可以通过调用 bind(hostname, port) 函数来指定服务的 port(端口)。

接着,我们调用 socket 对象的 accept 方法。该方法等待客户端的连接,并返回 connection 对象,表示已连接到客户端。

完整代码如下:


# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys

# 创建 socket 对象
serversocket = socket.socket(
            socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

port = 9999

# 绑定端口号
serversocket.bind((host, port))

# 设置最大连接数,超过后排队
serversocket.listen(5)

while True:
    # 建立客户端连接
    clientsocket,addr = serversocket.accept()      

    print("连接地址: %s" % str(addr))
    
    msg='欢迎访问!'+ "\r\n"
    clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))
    clientsocket.close()

客户端
接下来我们写一个简单的客户端实例连接到以上创建的服务。端口号为 9999。

socket.connect(hosname, port ) 方法打开一个 TCP 连接到主机为 hostname 端口为 port 的服务商。连接后我们就可以从服务端获取数据,记住,操作完成后需要关闭连接。

完整代码如下:


# 文件名:client.py

# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys

# 创建 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname() 

# 设置端口号
port = 9999

# 连接服务,指定主机和端口
s.connect((host, port))

# 接收小于 1024 字节的数据
msg = s.recv(1024)

s.close()

print (msg.decode('utf-8'))

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