socket网络通信

一些概念

1.ip地址

为了能够确定网络数据收发双方是哪台电脑，需要用ip来标记电脑；用来在网络中标记一台电脑，比如192.168.1.1； 在本地局域网上是唯一的。本地局域网也称内网。如果要实现不同局域网下的通信，则要连接到外网。

2.外网

即互联网，局域网通过一台服务器或是一个路由器对外连接的网络，这个IP地址是唯一的。也就是说内网里所有的计算机都是连接到这一个外网IP上，通过这一个外网IP对外进行交换数据的。也就是说，一个局域网里所有电脑的内网IP是互不相同的,但共用一个外网IP。（用ipconfig/all查到的IP是你本机的内网IP；在http://www.ip138.com上看到的是你连接互联网所使用的IP，即外网）。

3.公有ip与私有ip

公有地址(Public address)

由 Inter NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。这些 IP 地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构，公有 IP 全球唯一，通过它直接访问因特网(直接能上网)。

私有地址(Private address)

属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，说白了，私有 IP 不能直接上网。

4.端口

ip地址用来标记局域网内的一台电脑，为了能够标记电脑上运行中的程序，需要使用端口来标记。
知名端口是众所周知的端口号，范围从0到1023，这些端口号我们在编程时不能使用。
动态端口的范围是从1024到65535，我们在编程时可以使用。

socket

程序如果想通过网络进行收发数据，需要使用socket进行编程来实现。

为了能够完成2台电脑（可以更多）上程序之间通信，需要有几个条件：
1.明确是哪台电脑到哪台电脑，即用ip地址来标记
2.明确电脑上的那个程序，即用端口来标记
3.还要明确怎样进行传送数据，即网络协议（可以通俗的理解为怎样发送数据，怎样接收数据的规范）

创建套接字：

import socket
socket.socket(AddressFamily, Type)

说明：
函数 socket.socket 创建一个套接字，该函数带有两个参数：
Address Family：可以选择 AF_INET（用于 Internet 进程间通信） 或者 AF_UNIX（用于同一台机器进程间通信）,实际工作中常用AF_INET
Type：套接字类型，可以是 SOCK_STREAM（流式套接字，主要用于 TCP 协议）或者 SOCK_DGRAM（数据报套接字，主要用于 UDP 协议）

创建一个tcp socket

import socket

# 创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# ...这里是使用套接字的功能（省略）...
# 不用的时候，关闭套接字
s.close()

创建一个udp套接字

import socket
# 创建udp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# ...这里是使用套接字的功能（省略）...
# 不用的时候，关闭套接字
s.close()

1.udp（User Data Protocol，用户数据报协议）

1、UDP是一个非连接的协议，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。 在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、 计算机的能力和传输带宽的限制； 在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。

2、 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等， 因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。

3、UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。

4、吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、 源端和终端主机性能的限制。

5、UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付， 因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。

6、UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文， 在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界， 因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

python实现的udp

服务端：

'''udp发送端'''


import socket  # 导入 socket 模块

# hostname = socket.gethostname()
# ip = socket.gethostbyname(hostname)
# print(ip)
def main():
    # 创建udp的套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    udp_socket.bind(("", 7890) )  #    ''空字符串表示本机ip 端口绑定了就是绑定的端口号，否则发送方的端口号是随机绑定的
    while True:
        # 准备接收方的地址
        # '192.168.1.123'表示目的ip地址
        # 8080表示目的端口
        dest_addr = ('10.141.98.172', 8080)     #是元组格式
        send_data = input("请输入要发送的数据：")  #发送的内容
        # send_data='i love you!'
        if send_data == "exit":
            break
        udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), dest_addr)    #send_data.encode("utf-8")把输入内容改为字节类型
    # 关闭套接字
    udp_socket.close()
if __name__ == '__main__':
    main()

客户端

'''udp接收端'''
import socket

def main():
        #1.创建套接字
        udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
        #2.绑定本地的相关信息，如果一个网络程序不绑定，则系统会随机分配
        local_addr = ("127.0.0.1", 8080)
        udp_socket.bind(local_addr)
        while True:
                #3.等待接受双方发送的数据
                #1024最大字节
                recv_data=udp_socket.recvfrom(1024)
                #recv_data是元组（接受的数据，发送方的ip,端口）
                # print(recv_data)
                print(recv_data[0].decode('utf-8'))

        #关闭套接字
        # udp_socket.close()

if __name__== "__main__":
    main()

2.tcp（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的协议，也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。 一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，其中的过程非常复杂， 只简单的描述下这三次对话的简单过程：

1）主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”，这是第一次对话；

2）主机B向主机A发送同意连接和要求同步 （同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包 ：“可以，你什么时候发？”，这是第二次对话；

3）主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”， 这是第三次对话。

三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步， 经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。

TCP三次握手过程
第一次握手：主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B，向主机B 请求建立连接，通过这个数据段， 主机A告诉主机B 两件事：我想要和你通信；你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我。
第二次握手：主机B 收到主机A的请求后，用一个带有确认应答（ACK）和同步序列号（SYN）标志位的数据段响应主机A，也告诉主机A两件事：我已经收到你的请求了，你可以传输数据了；你要用那个序列号作为起始数据段来回应我
第三次握手：主机A收到这个数据段后，再发送一个确认应答，确认已收到主机B 的数据段："我已收到回复，我现在要开始传输实际数据了，这样3次握手就完成了，主机A和主机B 就可以传输数据了。

TCP建立连接要进行3次握手，而断开连接要进行4次
第一次： 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1，提出停止TCP连接的请求 ；
第二次： 主机B收到FIN后对其作出响应，确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1；
第三次： 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1 ；
第四次： 主机A对主机B的请求进行确认，将ACK置1，双方向的关闭结束.。
由TCP的三次握手和四次断开可以看出，TCP使用面向连接的通信方式， 大大提高了数据通信的可靠性，使发送数据端和接收端在数据正式传输前就有了交互， 为数据正式传输打下了可靠的基础。

python的TCP实现

服务端

import socket

def main():
    #1.创建tcp的套接字
     tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #2.链接服务器
     server_ip = input("请输入要链接的服务器的ip:")
     server_port = int(input("请输入要链接的服务器的port:"))
     server_addr = (server_ip,server_port)
     tcp_client_socket.connect(server_addr)
     while True:
            #3.发送数据/接收数据
            #因为是tcp,类似打电话，不用重复写端口和ip
             send_data = input("请输入要发送的数据:")
             tcp_client_socket.send(send_data.encode("gbk"))
    #4.关闭套接字
     #tcp_client_socket.close()
if __name__ == "__main__":
    main()

客户端

import socket

def main():
    #1.买个手机（创建套接字）
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

    #2.插上手机卡（绑定本地信息）
    tcp_server_socket.bind(("",7891))

    #3.将手机设置成正常的响铃模式（让默认的套接字由主动变成被动）
    tcp_server_socket.listen(128)
    print('----1----')
    #4.等待别人的电话到来（等待客户端的链接 accept）
    #accept返回元组 左边两个变量，右边一个元组 即元组拆包
    #如果有新的客户端来链接服务器，那么就产生一个新的套接字
    #专门为这个客服端服务
    #client_socket用来为这个客服端服务
    #tcp_server_socket就可以省下来专门等待其他新客服端的链接
    #clientAddr ：客户的地址
    #tcp_server_socket负责监听，client_socket负责通信
    client_socket,clientAddr = tcp_server_socket.accept()
    print('----2----')
    print(clientAddr)
    #服务端先收，客服端先发
    #接收客服端发送过来的请求
    #recv_data是数据
    recv_data = client_socket.recv(1024)

    #回送一部分数据给客户端
    client_socket.send('收到啦我反馈'.encode('gbk'))

    #关闭套接字
    client_socket.close()
    tcp_server_socket.close()
if __name__ == "__main__":
    main()

小结TCP与UDP的区别：

1、基于连接与无连接；

2、对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；

3、UDP程序结构较简单；

4、流模式与数据报模式 ；

5、TCP保证数据正确性，UDP可能丢包；

6、TCP保证数据顺序，UDP不保证。