网络TCP，UDP
网络UDP
UDP是在网络通信里面的一个概念
要学习UDP就要了解一下什么是网络。
简述网络通信
1，什么是网络
- 说明：
- 网络就是一种能够辅助双方或者多方能够连接在一起的工具
- 如果没有网络，那么距离很远的两个人想要交流就只能电话或者写信了
- 上面这种交流方式只能交流有限的信息，想要和其他人分享更多有趣的信息就做不到咯
- 如果没有网络，想想单机的世界多么的孤单。一些单机游戏就只能自己玩了
2，使用网络的目的
就是为了能够联通多方然后进行通信，即为了能够把数据从一方传递到另一方。
- 总结：
- 使用网络就是为了能够把多方链接到一起，然后可以进行数据的传递
- 所谓的网络编程就是让在不同的电脑上的软件能够进行数据传递，即进程之间的通信
ip地址
ip地址介绍
现在可能会经常听到一个词-IP地址，比如抖音，微博现在都会显示用户的IP地址了
那么什么是IP地址呢？其实IP地址就是网络上的地址。
比如平时生活中的地址是用来进行标记地点位置的
那么IP地址就是用来标记一台电脑或者手机等设备的,比如192.169.1.1；ip地址在本地局域网是唯一的
端口
1，什么是端口？
前面知道了，我们用ip地址用来标记一个电脑，但是一个电脑可以做很多事情，比如可以微信聊天，百度查东西等。那么如何怎么区分这些不同的服务呢？就用端口号。
电脑就像一个大房子，这个大房子里面有很多房间，每一个房间都在做不同的事情，端口就好比这些房间的门，是出入这些房间的必经之路。
2，端口号
在linux系统中，端口可以有65536（2的16次方）个这么多，既然有这么多端口，为了统一管理，进行了编号，就叫做端口号。
端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0到65535
3，端口号的分配
端口号不是随便使用的，而是按照一定的规定进行分配
端口的分类标准有很多，简述一下知名端口，和动态端口。
知名端口：
知名端口是众所周知的端口，范围从0到1023。
80端口分配给HTTP服务
21端口分配给FTP服务
可以理解为一些常用的功能，它们使用的号码。就像110，120，119一样。
一般情况下，一个程序要想使用知名端口，需要root权限
动态端口
动态端口的范围是从1024到65535。
之所以叫动态端口，是因为这些端口号一般不固定于某一个服务，而是动态分配。
动态分配是指当一个系统程序或者应用程序需要网络通信时，它会向主机申请一个端口，主机从可用的端口号中分配一个给他使用。程序关闭了，同时也就释放了所占用的端口号。
查看端口号
netstat -an ：查看端口状态
总结：
我们知道，拥有一个ip地址的主机可以提供许多服务，比如可以浏览网页（HTTP万维网服务），传递资料（FTP文件传输），收发电子邮件（SMTP电子邮件）等。
这些服务完全可以通过一个ip地址来实现。那么，我们的主机是怎样区分不同的网络服务的呢？显然不能只靠IP地址，因为IP地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。 需要注意的是，端口并不是一一对应的。比如你的电脑作为客户机访问一台WWW服务器时，WWW服务器使用“80”端口与你的电脑通信，但你的电脑则可能使用“3457”这样的端口。
socket套接字
1，不同电脑上的进程之间如何通信
刚才了解了每一个电脑进行的一个服务叫做一个进程，一台电脑上可以通过进程号（PID）来表示一个进程，但是在网络中就行不通了。
那么不同电脑的进程之间如何通信呢？
TCP/IP协议已经解决了这个问题，网络中ip地址可以标识唯一一个网络中的主机，而’协议+端口’就可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样通过ip地址，协议，端口就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
- 注意：
- 进程：指的是运行的程序以及运行时用到的资源，这个整体称之为进程
- 进程间通信：指的是运行的程序之间的数据传输
2，什么是socket
socket（套接字）=ip:端口号。是进程间通信的一个方式，是一个比较抽象的概念。所谓套接字，就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议栈进行交互的接口。
所以要实现一个socket连接通信至少需要两个套接字，一个运行在服务端，一个运行在客户端。
它与其他进程间通信的一个主要不同是：它能实现不同主机间的进程间通信，我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket 来完成通信的。例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email 等等
3，python编程创建socket
在 Python中有一个专门的模块：socket，使用socket模块的函数socket就可以完成socket的创建：
import socket
socket.socket(AddressFamily, Type)
参数说明：
- 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套接字：
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()
套接字使用流程跟文件的操作很像：
1，创建套接字；2，使用套接字收/发数据；3，关闭套接字。
UDP网络发送接收数据
UDP是Internet 协议集支持一个无连接的传输协议，该协议又叫用户数据报协议，UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法
特点：无连接、不可靠、快速传输
例如：小区门口的广播
创建一个基于udp的网络程序流程很简单，具体步骤如下：
- 创建客户端套接字
- 发送/接收数据
- 关闭套接字
具体工作流程如下图所示：
udp-python程序-发送、接收数据
#coding=utf-8
from socket import *
# 1. 创建udp套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
# 2. 准备接收方的地址
dest_addr = ('192.168.236.129', 8080)
# 3. 从键盘获取数据
send_data = input("请输入要发送的数据:")
# 4. 发送数据到指定的电脑上
udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)
# 5. 等待接收对方发送的数据
recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) # 1024表示本次接收的最大字节数
# 6. 显示对方发送的数据
# 接收到的数据recv_data是一个元组
# 第1个元素是对方发送的数据
# 第2个元素是对方的ip和端口
print(recv_data[0].decode('gbk'))
print(recv_data[1])
# 7. 关闭套接字
udp_socket.close()
可以下载一个网络调试助手来进行客户端和服务器之间的测试。
udp绑定信息
1，端口问题
刚才的程序，如果重新运行多次脚本，会发现网络调试助手中的端口号一直在变
为什么呢？这个数字是端口号，标识当前的网络程序，当重新运行时，我们没有给客户端分配端口号，它不知道用哪个，所以系统默认会随机分配。
记住一点：这个网络程序在运行的过程中，这个就唯一标识这个程序，所以如果其他电脑上的网络程序如果想要向此程序发送数据，那么就需要向这个数字（即端口）标识的程序发送即可
2，udp绑定信息
一般情况下，在一台电脑上运行的网络程序有很多，为了不与其他的网络程序占用同一个端口号，往往在编程中，udp的端口号一般不绑定
但是如果需要做成一个服务器端的程序的话，是需要绑定的。
举个例子，如果报警电话每天都在变，那么就乱套了。所以一般服务性的程序，往往需要一个固定的端口号，这就是所谓的端口绑定
绑定代码示例：
#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，则系统会随机分配
local_addr = ('', 7788) # ip地址和端口号，ip一般不用写，表示本机的任何一个ip
udp_socket.bind(local_addr)
# 3. 等待接收对方发送的数据
recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) # 1024表示本次接收的最大字节数
# 4. 显示接收到的数据
print(recv_data[0].decode('gbk'))
# 5. 关闭套接字
udp_socket.close()
注意：
一个udp网络程序，可以不绑定信息，此时操作系统会随机进行分配一个端口，如果重新运行此程序端口可能会发生变化。也可以绑定信息（ip地址，端口号），如果绑定成功，那么操作系统用这个端口号来进行区别收到的网络数据是否是此进程的
一个简单小程序：UDP聊天器
import socket
def send_msg(udp_socket):
"""获取键盘数据，并将其发送给对方"""
# 1. 从键盘输入数据
msg = input("\n请输入要发送的数据:")
# 2. 输入对方的ip地址
dest_ip = input("\n请输入对方的ip地址:")
# 3. 输入对方的port
dest_port = int(input("\n请输入对方的port:"))
# 4. 发送数据
udp_socket.sendto(msg.encode("utf-8"), (dest_ip, dest_port))
def recv_msg(udp_socket):
"""接收数据并显示"""
# 1. 接收数据
recv_msg = udp_socket.recvfrom(1024)
# 2. 解码
recv_ip = recv_msg[1]
recv_msg = recv_msg[0].decode("utf-8")
# 3. 显示接收到的数据
print(">>>%s:%s" % (str(recv_ip), recv_msg))
def main():
# 1. 创建套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 2. 绑定本地信息
udp_socket.bind(("", 7890))
while True:
# 3. 选择功能
print("="*30)
print("1:发送消息")
print("2:接收消息")
print("="*30)
op_num = input("请输入要操作的功能序号:")
# 4. 根据选择调用相应的函数
if op_num == "1":
send_msg(udp_socket)
elif op_num == "2":
recv_msg(udp_socket)
else:
print("输入有误，请重新输入...")
if __name__ == "__main__":
main()
网络TCP
TCP简介
TCP协议，传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol，缩写为 TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。
TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。
TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，“打电话”"
TCP特点：
1，面向连接。
通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输，双方都必须为该连接分配必要的系统内核资源，以管理连接的状态和连接上的传输。
双方间的数据传输都可以通过这一个连接进行。
完成数据交换后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。
这种连接是一对一的，因此TCP不适用于广播的应用程序，基于广播的应用程序请使用UDP协议。
2，传输可靠
1）TCP采用发送应答机制
TCP发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段传输成功
2）超时重传
发送端发出一个报文段之后就启动定时器，如果在定时时间内没有收到应答就重新发送这个报文段。
TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。
3）错误校验
TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。
4）流量控制和阻塞管理
流量控制用来避免主机发送得过快而使接收方来不及完全收下。
TCP和UDP的不同点：
- 面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才作传输。）
- 有序数据传输
- 重发丢失的数据包
- 舍弃重复的数据包
- 无差错的数据传输
- 阻塞/流量控制
udp通信模型
udp通信模型中，在通信开始之前，不需要建立相关的链接，只需要发送数据即可，类似于生活中，“写信”“。
TCP通信模型
udp通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，“打电话””
TCP网络程序-客户端
TCP客户端
TCP协议分为服务器端和客户端。
所谓的服务器端：就是提供服务的一方，而客户端，就是需要被服务的一方。
tcp客户端构建流程
tcp的客户端要比服务器端简单很多，如果说服务器端是需要自己买手机、查手机卡、设置铃声、等待别人打电话流程的话，那么客户端就只需要找一个电话亭，拿起电话拨打即可，流程要少很多。
from socket import *
# 创建socket
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 目的信息
server_ip = input("请输入服务器ip:")
server_port = int(input("请输入服务器port:"))
# 链接服务器
tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))
# 提示用户输入数据
send_data = input("请输入要发送的数据：")
tcp_client_socket.send(send_data.encode("gbk"))
# 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节
recvData = tcp_client_socket.recv(1024)
print('接收到的数据为:', recvData.decode('gbk'))
# 关闭套接字
tcp_client_socket.close()
tcp服务器端构建流程
生活中想让别人能更够打通咱们的电话获取相应服务的话，需要做以下几件事情：
- 买个手机
- 插上手机卡
- 设计手机为正常接听状态（即能够响铃）
- 静静的等着别人拨打
tcp服务器如同上面的电话机过程一样，在程序中，如果想要完成一个tcp服务器的功能，需要的流程如下：
- socket创建一个套接字
- bind绑定ip和port
- listen使套接字变为可以被动链接
- accept等待客户端的链接
- recv/send接收发送数据
一个很简单的tcp服务器：
from socket import *
# 创建socket
tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 本地信息
address = ('', 7788)
# 绑定
tcp_server_socket.bind(address)
# 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，这样就可以接收别人的链接了
tcp_server_socket.listen(128)
# 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户端服务
# client_socket用来为这个客户端服务
# tcp_server_socket就可以省下来专门等待其他新客户端的链接
client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()
# 接收对方发送过来的数据
recv_data = client_socket.recv(1024) # 接收1024个字节
print('接收到的数据为:', recv_data.decode('gbk'))
# 发送一些数据到客户端
client_socket.send("thank you !".encode('gbk'))
# 关闭为这个客户端服务的套接字，只要关闭了，就意味着为不能再为这个客户端服务了，如果还需要服务，只能再次重新连接
client_socket.close()
TCP注意点
- tcp服务器一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
- tcp客户端一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip、port等信息就好，本地客户端可以随机
- tcp服务器中通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变为被动的，这是做tcp服务器时必须要做的
- 当客户端需要链接服务器时，就需要使用connect进行链接，udp是不需要链接的而是直接发送，但是tcp必须先链接，只有链接成功才能通信
- 当一个tcp客户端连接服务器时，服务器端会有1个新的套接字，这个套接字用来标记这个客户端，单独为这个客户端服务
- listen后的套接字是被动套接字，用来接收新的客户端的链接请求的，而accept返回的新套接字是标记这个新客户端的
- 关闭listen后的套接字意味着被动套接字关闭了，会导致新的客户端不能够链接服务器，但是之前已经链接成功的客户端正常通信。
- 关闭accept返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕
- 当客户端的套接字调用close后，服务器端会recv解堵塞，并且返回的长度为0，因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线
tcp的三次握手和四次挥手
三次握手：
四次挥手：
tcp长连接和短连接
TCP在真正的读写操作之前，server与client之间必须建立一个连接，
当读写操作完成后，双方不再需要这个连接时它们可以释放这个连接，
连接的建立通过三次握手，释放则需要四次握手，
所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。
1. TCP短连接
模拟一种TCP短连接的情况:
- client 向 server 发起连接请求
- server 接到请求，双方建立连接
- client 向 server 发送消息
- server 回应 client
- 一次读写完成，此时双方任何一个都可以发起 close 操作
在步骤5中，一般都是 client 先发起 close 操作。当然也不排除有特殊的情况。
从上面的描述看，短连接一般只会在 client/server 间传递一次读写操作！
2. TCP长连接
再模拟一种长连接的情况:
- client 向 server 发起连接
- server 接到请求，双方建立连接
- client 向 server 发送消息
- server回应 client
- 一次读写完成，连接不关闭
- 后续读写操作…
- 长时间操作之后client发起关闭请求
3. TCP长/短连接操作过程
短链接的操作步骤：
建立连接——数据传输——关闭连接…建立连接——数据传输——关闭连接
长连接的操作步骤：
建立连接——数据传输…（保持连接）…数据传输——关闭连接
TCP长/短连接的优点和缺点：
- 长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。 对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接。
- client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候，这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接，这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大长连接数， 这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。
- 短连接对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。
- 但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。
TCP长/短连接的应用场景：
- 长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况。 每个TCP连接都需要三次握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开， 再次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接，如果用短连接频繁的通信会造成socket错误， 而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。
- 而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。
TCP/IP协议简介
作为新时代标杆的我们，已经离不开手机、离不开网络，对于互联网大家可能耳熟能详，但是计算机网络的出现比互联网要早很多。
1，什么是协议
有的说英语，有的说中文，有的说德语，说同一种语言的人可以交流，不同的语言之间就不行了
为了解决不同种族人之间的语言沟通障碍，现规定国际通用语言是英语，这就是一个规定，这就是协议
2. 计算机网络沟通用什么
现在的生活中，不同的计算机只需要能够联网（有线无线都可以）那么就可以相互进行传递数据
那么不同种类之间的计算机到底是怎么进行数据传递的呢？
就像说不同语言的人沟通一样，只要有一种大家都认可都遵守的协议即可，那么这个计算机都遵守的网络通信协议叫做TCP/IP协议
3. TCP/IP协议(族)
早期的计算机网络，都是由各厂商自己规定一套协议，IBM、Apple和Microsoft都有各自的网络协议，互不兼容。
为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来，就必须规定一套全球通用的协议，为了实现互联网这个目标，互联网协议族（Internet Protocol Suite）就是通用协议标准。
因为互联网协议包含了上百种协议标准，但是最重要的两个协议是TCP和IP协议，所以，大家把互联网的协议简称TCP/IP协议(族)
常用的网络协议如下图所示：
说明：
网际层也称为：网络层
网络接口层也称为：链路层
另外一套标准：
