【Python】UDP/TCP

数据编码和解码

utf-8：字母、英文的解码

GBK：中文的转码格式

str -> bytes：encode编码，发送信息的时候用encode编码

bytes -> str：decode解码，打印接收的信息用decode解码

test = '你好 世界'

en_code1 = test.encode('utf-8')
en_code2 = test.encode('gbk')

print(en_code1)
print(en_code2)
print(en_code1.decode('utf-8'))
print(en_code2.decode('gbk'))

socket

• socket，简称套接字，是进程间通信的工具，也能完成不同电脑间的进程间通信

• 首先通过ip地址找到网络中对应的电脑，然后通过传输协议和端口号来确定这个进程，使用socket完成进程间通信，即数据传输

UDP

面向无连接型：无需对端是否存在，发送端可随时发送数据

特点：无连接，资源开销小，传输速度快，每个数据包最大是64k，适用于广播应用

缺陷：传输数据不可靠，容易丢包；没有流量控制，需要接收方及时接收数据，否则会写满缓冲区

UDP网络流程

1. 保证UPD服务端的正常启动，进入到recvfrom()模式，阻塞等到客户端发送数据

2. 开启UDP客户端，校准IP地址，通过sendto()模块进行数据发送

3. 当服务端接收到接收到客户端发送来的数据，进行数据处理，并将应答数据发送给客户端

4. 客户端接收到应答数据，可进行数据处理或重复发送数据，也可退出进程

serve服务端

#coding=utf-8

from socket import *

# 1. 创建套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

# 2. 绑定本地的相关信息，如果一个网络程序不绑定，系统会随机分配
#    ip地址和端口号，如果不指明ip，则表示本机的任何一个ip
#    如果不指明端口号，则每次启动都是随机生成端口号
local_addr = ('', 12345)
udp_socket.bind(local_addr)

while True:
    # 3. 阻塞等待接收对方发送的信息
    #    1024表示本次接收的最大字节数
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)

    # 4. 显示接收到的数据，并解码为gbk
    print(recv_data)
    print(recv_data[0].decode('utf-8'))
    
    # 5. 发送应答信息
    # ip_addr = recv_data[1][0]
    # port = recv_data[1][1]
    addr = recv_data[1]
    data = '信息已收到'
    udp_socket.sendto(data.encode('utf-8'), addr)


udp_socket.close()

client客户端

import socket

# 1. 创建upd套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 2. 准备服务端地址与端口号
#   127.0.0.1 代表自身ip地址，可向自身发送信息，也可指定ip地址发送信息
#   端口号随便填写一个未被占用的端口即可
#   Linux环境有65535个端口号，前1024个端口号是系统端口号，系统端口号不能直接使用
addr = ('127.0.0.1', 12345)

while True:
    # 3. 从键盘获取数据
    data = input('请输入信息：')

    # 4. 通过sendto()发送信息到指定进程中
    udp_socket.sendto(data.encode('utf-8'), addr)
    
    # 5. 通过recvfrom()阻塞等待获取应答数据
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    
    # 6. 处理应答数据，进行打印
    print(recv_data)
    print(recv_data[0].decode('utf-8'))
    
    
udp_socket.close()

运行结果：先运行服务端，再运行客户端

TCP

面向有连接型：双方先建立连接才能进行数据传输

特点：

• 双方都必须为该连接分配系统内核资源

• 完成数据交换后，双方必须断开连接，以释放系统资源

• 这种连接是一对一的，不适用于广播应用

• TCP提供可靠的数据传输，无差别、不丢失、不重复，且按序到达

• 相比于UPD，TCP数据传输速度慢、对系统资源要求较高

• TCP适合发送大量数据，UDP适合发送少量数据

• TCP有流量控制，UPD无流量控制

TCP网络流程

serve服务端

from socket import *

# 1. 创建tcp套接字
tcp_serve_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

# 2. 设置socket选项，程序退出后，端口会自动释放
tcp_serve_socket.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, True)

# 3. 本地信息
addr = ('', 12345)

# 4. 绑定地址
tcp_serve_socket.bind(addr)

# 5. 设置监听
#    使用socket创建的套接字默认的属性是主动的，使用listen将其变为被动的
#    参数代表等待连接时间最多60秒
tcp_serve_socket.listen(60)

# 6. 如果有新的客户端来连接服务，就产生一个新的套接字，专门为这个客户端服务
#    client_socket用来为这个客户端服务
#    原来的tcp_serve_socket就可以专门用来等待其他新用户的连接
client_socket, client_addr = tcp_serve_socket.accept()

# 7. 阻塞等待客户端发送的信息
recv_data = client_socket.recv(1024)
print("接收到信息：", recv_data.decode('gbk'))

# 8. 发送应答信息
string = '已收到信息'
client_socket.send(string.encode('gbk'))

client_socket.close()

client客户端

import socket

# 1. 创建TCP的套接字
tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2. 目标ip信息
ip = input('请输入服务端ip：')
port = int(input('请输入服务端port：'))

# 3. 连接服务器
tcp_client_socket.connect((ip, port))

# 4. 提示用户输入数据
data = input('请输入要发送的信息：')

# 5. 编码
tcp_client_socket.send(data.encode('gbk'))

# 6. 接收服务端的应答数据
recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
print('收到应答数据：', recv_data.decode('gbk'))

# 7. 关闭套接字
tcp_client_socket.close()

运行结果

如果忘记设置端口的关闭，非正常退出会导致端口一直被占用

linux环境在终端执行 ps aux | grep py 查看运行的进程，然后 kill -9 pid 杀掉进程

建立连接（三次握手）

SYN：连接请求 ACK：确认 FIN：关闭连接 seq：报文信号 ack：确认信号

1. 第一次握手：client标志位SYN置1，随机产生一个seq=J，并将该数据包发送给serve，client进入SYN_SENT状态，等待serve确认

2. 第二次握手：serve收到数据包后由标志位SYN=1知道client请求建立连接，serve将SYN和ACK都置1，ack（number）=J+1，+1是逻辑加一（加密），随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给client以确认连接请求，serve进入SYN_RECV状态

3. 第三次握手：client收到确认，检查ack是否为J+1（解密），如果正确则将标志位ACK置1，ack=K+1，并将该数据包发送给serve，serve检查ack是否为K+1，如果正确则建立连接成功，client和serve同时进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后client和serve之间可以传输数据

断开连接（四次挥手）

1. 第一次挥手：client发送一个FIN，用来关闭client到serve的数据传送

2. 第二次挥手：serve收到FIN后，发送一个ACK给client，确认序号为收到序号+1，表示还有剩余数据未传送完

3. 第三次挥手：serve发送一个FIN，用来关闭serve到client的数据传送

4. 第四次挥手：client收到FIN后，接着发送一个ACK给serve，确认序号为收到信号+1