【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'))
【Python】UDP/TCP_第1张图片

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

【Python】UDP/TCP_第2张图片
  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

  1. 开启UDP客户端,校准IP地址,通过sendto()模块进行数据发送

  1. 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

  1. 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

【Python】UDP/TCP_第3张图片

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

【Python】UDP/TCP_第4张图片

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)

【Python】UDP/TCP_第5张图片

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

  1. 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

  1. 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)

【Python】UDP/TCP_第6张图片
  1. 第一次挥手:client发送一个FIN,用来关闭client到serve的数据传送

  1. 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

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

  1. 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

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