Django学习笔记--网络基础与socket编程基本介绍

前言

在用python编写网站或其他网络程序之前，需要学习基本的网络概念，以便更好地理解Python主流网络框架地原理以及运用。

网络基础

TCP/IP网络

目前较为主流地网络体系结构是ISO/OSI参考模型和TCP/IP协议簇。TCP/IP翻译为传输控制协议/互联网络协议(其中TCP是Transmission Control Protocol,传输控制协议;IP是Internet Protocol Address,互联网协议地址)。TCP/IP是Internet的基础协议，TCP/IP将网络分为应用层、传输层、网络层、链路层【还有一种五层的分法】

对TCP/IP从上到下说明

1. 应用层：为用户的进程直接提供服务，应用层负责发送、接收、解释、呈现、加密数据，网络应用程序开发者重点打交道对象。
2. 传输层：为两个主机的不同端口之间的通信提供服务。传输层的发送方与接收方无须相邻。
3. 网络层：为两个主机之间提供通信服务，网络层定义数据如何被封装为传送包，并且，并且定义了不同主机之间的寻址方式。主要由IP组成
4. 接口层：处理物理细节，开发者无须关心。

应用层协议：应用层的协议，其直接与最终用户交互，定义了运行在不同终端系统上的应用程序进程如何相互传递报文。下面是几种常见的应用层协议
1、远程登录协议（Telnet)
2、文件传输协议（FTP）
3、超文本传输协议（HTTP）
4、域名服务协议（DNS）
5、简单邮件传输协议（SMTP）
6、邮局协议（POP3）
其中，从网络上下载文件时使用的是FTP协议，上网游览网页时使用的是HTTP协议；在网络上访问一台主机时，通常不直接输入IP地址，而是输入域名，用的是DNS服务协议，它会将域名解析为IP地址；通过FoxMail发送电子邮件时，使用SMTP协议，接收电子邮件时就使用POP3协议。

传输层协议：TCP/IP的传输层包括两种协议传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP。
TCP协议：面向连接的可靠传输协议。利用TCP进行通信时，首先要通过三步握手，以建立通信双方的连接。TCP提供了数据的确认和数据重传的机制，保证发送的数据一定能到达通信的对方。

第一次握手：客户端尝试连接服务器，向服务器发送 syn 包【（同步序列编号Synchronize Sequence Numbers），syn=j，】客户端进入 SYN_SEND 状态等待服务器确认。
第二次握手：服务器接收客户端syn包并确认（ack=j+1），同时向客户端发送一个 SYN包（syn=k），即 SYN+ACK 包，此时服务器进入 SYN_RECV 状态。
第三次握手：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状态，完成三次握手。

UDP协议

UDP协议是无连接的，不可靠的传输协议。采用UDP进行通信时不用建立连接，可以直接向一个IP地址发送数据，但是不能保证对方是否能收到。UDP的信息包的标题很短只有8个字节开销小因此UDP能提供更快速、轻量级的传输层控制。

C/S架构和B/S架构

C/S

C/S架构是第一种比较早的软件架构，主要用于局域网内。也叫 客户机/服务器模式。
它可以分为客户机和服务器两层：
第一层: 在客户机系统上结合了界面显示与业务逻辑；
第二层: 通过网络结合了数据库服务器。
简单的说就是第一层是用户表示层，第二层是数据库层。
如python网络框架中Twisted就是主要面向C/S架构

1、C/S架构的优点：
	1 C/S架构的界面和操作可以很丰富。（客户端操作界面可以随意排列，满足客户的需要）
	2 安全性能可以很容易保证。（因为只有两层的传输，而不是中间有很多层。
	3 由于只有一层交互，因此响应速度较快。（直接相连，中间没有什么阻隔或岔路，比如QQ，每天那么多人在线，也不觉得慢）
2、C/S架构的缺点：
	1 适用面窄，通常用于局域网中。
	2 用户群固定。由于程序需要安装才可使用，因此不适合面向一些不可知的用户。
	3 维护成本高，发生一次升级，则所有客户端的程序都需要改变。

B/S

B/S架构的全称为Browser/Server，即浏览器/服务器结构。Browser指的是Web浏览器，
B/S是Web兴起后的一种网络结构模式。B/S使用Web浏览器作为客户端的应用软件，所以B/S可以看作C/S的一种特殊情况。python网络框架中Django、Flask就是主要面向B/S架构。主要特点
1， 跨平台、对客户端要求低：因为极少数事务逻辑在前端实现，但主要事务逻辑在服务器端实现，B/S架构的系统无须特别安装，只有Web浏览器即可。
2， 对安全性要求较高
3， 便于部署、维护、与升级
总而言之:B/C就是网站，C/S就是电脑上常用的客户端。

IP

IP运行于网络体系结构的网络层，是网络互联的重要基础，IP地址主要用来标识网络上的主机，在公开网络上或同一个局域网内部，每一台主机都必须使用不同的IP。IP地址与端口号共同来标识网络上特定主机上的特定应用进程，俗称Socket。特殊的IP地址：127.0.0.1（本地回环地址、保留地址，点分十进制）。

Socket编程

Socket通常被称作套接字，是Windows、Mac等操作系统所共同遵守的网络编程标准，可以用来实现不同计算机之间的通信，当然也可以实现相同主机内的不同进程间通信。

TCP原语

Socket的方法socket.socket(family, type)建立Socket对象.
参数：
 	family:AF_INET服务器之间的通信(默认)、AF_UNIX在unix中进程之间的进程;
链接方式type:SOCK_STREAM(TCP默认)/SOCK_Dgrm(UDP)
Socket对象方法
	1.	bind((host,port))绑定端口和ip地址，端口必须是未被占用的端口
	2.	listen(num)监听，只允许在服务端使用，。允许排队的最大数量
	3.	connect((host,port))在客户端连接服务器
	4.	accept()调用阻塞等待客户端连接
	5.	send发送数据，只能发送bytes类型数据，通过send()的返回值。
	6.	recv()接受数据
	7.	close()关闭连接。

使用

TCP服务器端的构建步骤：
	1.	建立socket对象
	2.	绑定IP端口
	3.	确定监听数量
	4.	等待客户连接
	5.	发送或接受数据
	6.	关闭socket
TCP客户端的构建步骤
	1.	建立socket对象
	2.	连接服务器
	3.	收发数据
	4.	关闭socket

示例服务器端

import socket
sk=socket.socket()
address=(“127.0.0.1”,7000) 
sk.bind(address)
sk.listen(3)
while True:
    con, addr = sk.accept()
    while True:
        try:
            data=con.recv(1024)
        except Exception:
            break
        else:
            print(str(data,”utf8”))
            if not data:break
            str1=input(“>>>”)
            if str1 == “exit”:
                break
        con.send(bytes(str1,”utf8”))
sk.close()

示例客户端

import socket
sk=socket.socket()#参数与服务端相同
print(sk)
address=("127.0.0.1",7000)#127.0.0.1回环地址代表本机地址
sk.connect(address)
while True:

    str1=input(">>>")
    if str1 == "exit":
        break
    sk.send(bytes(str1,"utf8"))
    data=sk.recv(1024)#接收最大8k
    if not data: break
    print(str(data,"utf8"))
sk.close()

并发聊天示例

import socketserver
class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):#继承

    def handle(self):#重写handle，根据需求设计逻辑
        print ("服务端启动...")
        while True:
            conn = self.request#客户端sk
            print (self.client_address)
            while True:

                client_data=conn.recv(1024)

                print (str(client_data,"utf8"))
                print ("waiting...")
                server_response=input(">>>")
                conn.sendall(bytes(server_response,"utf8"))
                # conn.sendall(client_data)

            conn.close()
            # print self.request,self.client_address,self.server


if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8098),MyServer)#多线程的并发效果
    server.serve_forever()#启动

UDP原语

UDP没有建立连接、断开连接等概念。UDP可以复用TCP中socket()和bind()原语。UDP还有属于自己的原语

• recvfrom()从绑定的地址接收数据
• sendto((host,port)):向指定地址发送数据

UDP服务端示例

import socket
HOST='127.0.0.1'
PORT=8090
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
s.bind((HOST,PORT))
while True:
    data,addr=s.recvfrom(1024)
    print(data,'来自',addr)
s.close()

客户端

import socket
HOST='127.0.0.1'
PORT=8090
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
data='my name is udp'
s.sendto(data,(HOST,PORT))
s.close()

概念补充：

网络·协议：

网络协议是计算机进行数据交换建立的规则、标准或约定的集合网络协议的三要素分别语义(做什么)、语法(怎么做)、时序(事件出现顺序)

端口：

在网络技术中，端口（Port）大致有两种意思：一是物理意义上的端口。二是逻辑意义上的端口，一般是指TCP/IP协议中的端口，端口号的范围从0到65535，比如用于浏览网页服务的80端口，用于FTP服务的21端口等等。我们这里将要说明的就是逻辑意义上的端口。当然也不是要介绍计算机硬件的I/O端口，而是软件形式上的概念.端口是网络的寻址方式。工具提供服务类型的不同，端口分为两种，一种是TCP端口，一种是UDP端口。计算机之间相互通信的时候，分为两种方式：一种是发送信息以后，可以确认信息是否到达，也就是有应答的方式，这种方式大多采用TCP协议；一种是发送以后就不管了，不去确认信息是否到达，这种方式大多采用UDP协议。对应这两种协议的服务提供的端口，也就分为TCP端口和UDP端口。值得注意的是一般端口是不允许共用的，但TCP与UDP在同一主机上可以使用相同的端口。

域名

“域名可以简单理解为通往你网站的路，简称域名、网域，是由一串用点分隔的名字组成的Internet上某一台计算机或计算机组的名称，用于在数据传输时标识计算机的电子方位（有时也指地理位置）通常由一串字符和后缀组成，常见的后缀有：com、net、cn。最常见的域名如：www.baidu.com。最低级别的域名写在最左边。

URL

统一资源定位符。URL的标准形式：

[协议]://[主机]:[端口]/[路径]？参数