python--socket模块--TCP UDP编程
socket模块
基于TCP和UDP的编程
TCP和UDP的区别：
TCP的三次握手过程：
第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）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=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），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=k+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。
为什么要进行三次握手？
假设是两次握手的情况下：A向B发了一个第一个请求连接报文，此时又于选择了一条较长的路径导致这个请求，传输的时间较长，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server，但是此时A认为发了一个请求连接的报文B没有收到，因此A进行重传，此时这个新的请求连接报文B很快就收到了，于是B向A发送确认报文段，同意连接，于是A和B开始互发数据。但过了一段时间之后B收到了这个延迟的请求连接的报文，此时B立刻发给了A一个确认报文段，同意连接，并且此时B开始等待A给B发数据。但是A认为他刚才并没有发送新的请求连接报文，此时A不会给B发任何数据，那么此时B一直处于等待状态就造成了资源的浪费。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，A不会向B的确认发出确认。B由于收不到确认，就知道A并没有要求建立连接。此时就不会再造成服务器资源的浪费了。
或许有人认为为什么不四次握手或者五次握手呢，但是四次握手和五次握手效果和三次握手是一样的，并且三次握手保证了可靠的同时效率也高啊。
tcp四次断开过程：
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。
为什么要四次断开
因为是双方彼此都建立了连接，因此双方都要释放自己的连接，A向B发出一个释放连接请求，他要释放链接表明不再向B发送数据了，此时B收到了A发送的释放链接请求之后，给A发送一个确认，A不能再向B发送数据了，它处于FIN-WAIT-2的状态，但是此时B还可以向A进行数据的传送。此时B向A 发送一个断开连接的请求，A收到之后给B发送一个确认。此时B关闭连接。A也关闭连接。
参考文章：https://blog.csdn.net/qq_38950316/article/details/81087809
基于tcp的通信
tcp的工作方式：
服务端：
import socket
#1. 创建一个socket对象;
#family指定使用IP协议的版本: IPV4:AF_INET; ipv6: AF_INET6
#type指定传输层使用的协议类型:TCP(SOCKET.SOCK_STREAM), UDP(SOCK_DGRAM)
server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#2. 绑定一个IP和端口， 供客户端来连接;
server.bind(('172.25.254.68', 4002))
#3. 监听是否有客户端连接
server.listen(5)
print("服务端正在启动.........")
#4. 接收客户端的连接, accept() -> (socket object, address info)
clientSocket, address = server.accept()
print("客户端的地址：", address)
#5. 接收客户端发送的消息
recvData = clientSocket.recv(1024)
print("服务端接收的消息:", recvData.decode('utf-8'))
#6. 给客户端回复消息, send(self, data: **bytes***, flags: int = ...) -> int: ...
clientSocket.send('你好， 客户端'.encode('utf-8'))
#7. 关闭服务端socket对象
server.close()
clientSocket.close()
客户端：
import socket
#1. 创建一个socket对象;
#family指定使用IP协议的版本: IPV4:AF_INET; ipv6: AF_INET6
#type指定传输层使用的协议类型:TCP(SOCKET.SOCK_STREAM), UDP(SOCK_DGRAM)
client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#连接服务端(ip, port)
client.connect(('172.25.254.68', 4002))
#给服务端回复消息, send(self, data: **bytes***, flags: int = ...) -> int: ...
client.send("你好， 服务端".encode('utf-8'))
#接收服务端回复的消息
recvData = client.recv(1024)
print("客户端接收的消息:", recvData.decode('utf-8'))
#关闭客户端socket对象
client.close()
基于TCP的聊天室通信
服务端：
import socket
#1. 创建一个socket对象;
#family指定使用IP协议的版本: IPV4:AF_INET; ipv6: AF_INET6
#type指定传输层使用的协议类型:TCP(SOCKET.SOCK_STREAM), UDP(SOCK_DGRAM)
server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#2. 绑定一个IP和端口， 供客户端来连接;
server.bind(('172.25.254.250', 4006))
#3. 监听是否有客户端连接
server.listen(5)
print("服务端正在启动.........")
#4. 接收客户端的连接, accept() -> (socket object, address info)
clientSocket, address = server.accept()
print("客户端的地址：", address)
while True:
# 5. 接收客户端发送的消息
recvData = clientSocket.recv(1024)
print("服务端接收的消息:", recvData.decode('utf-8'))
# 6. 给客户端回复消息, send(self, data: **bytes***, flags: int = ...) -> int: ...
sendData = input('server:>> ')
if not sendData:
continue
if sendData == 'quit':
print("聊天结束.....")
break
clientSocket.send(sendData.encode('utf-8'))
#7. 关闭服务端socket对象
server.close()
clientSocket.close()
客户端：
import socket
#1. 创建一个socket对象;
#family指定使用IP协议的版本: IPV4:AF_INET; ipv6: AF_INET6
#type指定传输层使用的协议类型:TCP(SOCKET.SOCK_STREAM), UDP(SOCK_DGRAM)
client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#2. 连接服务端(ip, port)
client.connect(('172.25.254.250', 4006))
while True:
# 3. 给服务端回复消息, send(self, data: **bytes***, flags: int = ...) -> int: ...
sendData = input('client:>> ')
if not sendData:
continue
if sendData == 'quit':
print("聊天结束.....")
break
client.send(sendData.encode('utf-8'))
# 4. 接收服务端回复的消息
recvData = client.recv(1024)
print("客户端接收的消息:", recvData.decode('utf-8'))
#关闭客户端socket对象
client.close()
基于tcp的多线程聊天室通信
服务端：
import os
import threading
from multiprocessing import Process
def get_client_conn(clientSocket, address):
while True:
sendData = os.popen(recvData).read()
clientSocket.send(sendData.encode('utf-8'))
clientSocket.close()
import socket
server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#2. 绑定一个IP和端口， 供客户端来连接;
server.bind(('172.25.254.250', 4008))
#3. 监听是否有客户端连接
server.listen(5)
print("服务端正在启动.........")
while True:
# 4. 接收客户端的连接, accept() -> (socket object, address info)
clientSocket, address = server.accept()
print("客户端的地址：", address)
# 使用多进程
t = Process(target=get_client_conn, args=(clientSocket, address))
t.start()
客户端：
import socket
# 1. 创建一个socket对象;
# family指定使用IP协议的版本: IPV4:AF_INET; ipv6: AF_INET6
#type指定传输层使用的协议类型:TCP(SOCKET.SOCK_STREAM), UDP(SOCK_DGRAM)
client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#2. 连接服务端(ip, port)
client.connect(('172.25.254.250', 4007))
while True:
# 3. 给服务端回复消息, send(self, data: **bytes***, flags: int = ...) -> int: ...
sendData = input('client:>> ')
if not sendData:
continue
if sendData == 'quit':
print("聊天结束.....")
break
client.send(sendData.encode('utf-8'))
# 4. 接收服务端回复的消息
recvData = client.recv(1024)
print("客户端接收的消息:", recvData.decode('utf-8'))
#7. 关闭客户端socket对象
client.close()
可以同时和多个客户端进行通信，开启多个客户端，服务端都能接收到
基于UDP的通信
服务端：
# 实现: udp多个客户端可以连接服务端， 发送命令， 返回的是命令的执行结果;
import socket
# 1. 实例化socket对象
udpServer = socket.socket(family=socket.AF_INET,type=socket.SOCK_DGRAM)
#2. 绑定IP和端口
#172.25.254.68
#0.0.0.0代表开放所有的IP地址
udpServer.bind(('0.0.0.0', 9001))
print("等待客户端UDP的连接.....")
#3. 接收客户端的连接
recvdata, address = udpServer.recvfrom(1024)
print("接收到客户端的数据: ", recvdata.decode('utf-8'))
#4. 给客户端回复消息
udpServer.sendto(b"hello client", address)
#5. 关闭socket对象
udpServer.close()
客户端：
import socket
udpClient = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
udpClient.sendto(b'hello server', ('172.25.254.68', 9001))
recvData, address = udpClient.recvfrom(1024)
print("接收服务端的数据: ", recvData.decode('utf-8'))
udpClient.close()
基于UDP的多线程通信
服务端：
import socket
import os
import threading
def job():
# 3. 接收客户端的连接
cmd, address = udpServer.recvfrom(1024)
cmd = cmd.decode('utf-8')
print("接收到客户端的命令: ", cmd)
# 4. 给客户端回复消息
cmdRes = os.popen(cmd).read().encode('utf-8')
udpServer.sendto(cmdRes, address)
# 1. 实例化socket对象
udpServer = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
# 2. 绑定IP和端口
# 172.25.254.250
# 0.0.0.0代表开放所有的IP地址
udpServer.bind(('0.0.0.0', 9002))
print("等待客户端UDP的连接.....")
while True:
t = threading.Thread(target=job)
t.start()
#5. 关闭socket对象
#udpServer.close()
客户端：
import socket
udpClient = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
while True:
cmd = input("client:>> ").encode('utf-8')
if not cmd:
continue
if cmd == 'quit':
print("正在退出....")
break
udpClient.sendto(cmd, ('172.25.254.250', 9002))
recvData, address = udpClient.recvfrom(1024)
print("接收服务端的数据: ", recvData.decode('utf-8'))
udpClient.close()
模拟urllib实现网页内容的获取
# 实现http客户端的程序， 获取百度页面
import socket
# http://www.baidu.com:80
# 实例化socket对象; 默认参数指定为IPv4协议， 和TCP传输协议;
client = socket.socket()
# 连接服务器端
client.connect(('www.baidu.com', 80))
# 给百度服务器发送请求通过GET方法请求主页内容的请求， http协议的版本为1.1;
client.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost:www.baidu.com\r\nConnection:close\r\n\r\n')
# 接收服务端返回的页面内容;
recvData = client.recv(1024*100)
# 解码为能够识别的字符串;
print(recvData.decode('utf-8'))
# 关闭客户端连接;
client.close()
实现简易的web服务器端
import socket
import threading
def handler(clientObj):
# 5. 接收客户端发送的请求
recvData = clientObj.recv(1024)
with open('hello.html', 'rb') as f:
sendData = f.read()
# 告诉浏览器http版本
clientObj.send(b'HTTP/1.1 200 ok\r\n\r\n')
clientObj.send(sendData)
def webServer():
# 1. 创建socket对象
server = socket.socket()
# 2. 绑定端口和ip
server.bind(('0.0.0.0', 8084))
# 3. 监听是否有客户端连接
server.listen(5)
print("http服务正在启动8080........")
while True:
# 4. 接收客户端的连接
clientObj, address = server.accept()
t = threading.Thread(target=handler, args=(clientObj, ))
t.start()
server.close()
if __name__ == '__main__':
webServer()
