1-网络编程基础概念

1-1-基本概念

1-2-OSI七层网络模型

OSI（开放系统互联）七层网络模型是国际标准化组织（ISO）提出的网络通信分层架构，用于描述计算机网络中数据传输的过程。

1-2-1-OSI七层网络模型图

在网络通信的发送端，其通信数据每到达一个通信层，该层的协议都会在数据中添加一个包头数据。而在接收方恰好相反，数据通过每一层时都会被该层协议剥去相应的包头数据

1-2-2-模型层作用

1-2-3-模型层作协议分析

1-3-TCP/IP协议

1-3-1-tcp/ip协议介绍

TCP/IP协议实际上是一个协议簇，其包括了很多协议。例如，FTP（文本传输协议）、SMTP（邮件传输协议）等应用层协议。TCP/IP协议的网络模型只有4层，包括数据链路层、网络层、数据传输层和应用层。

1-3-2-tcp/ip模型中各层的功能

在数据传输层中，包括了TCP和UDP协议。其中，TCP协议是基于连接的可靠的通信协议。其具有重发机制，即当数据被破坏或者丢失时，发送方将重发该数据。而UDP协议基于用户数据报协议，属于不可靠连接的通信协议。例如当使用UDP协议发送一条消息时，并不知道该消息是否已经到达接收方，或者在传输过程中数据已经丢失。但是在即时通信中，UDP协议在对一些对时间要求较高的网络中传输数据有着重要的作用

2-TCP 编程示例

应用程序通常通过“套接字”（socket）向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通信。

Python语言提供了两种访问网络服务的功能。

其中低级别的网络服务通过套接字实现，它提供了标准的BSD 套接字 API，可以访问底层操作系统套接字接口的全部方法。

而高级别的网络服务通过模块 SocketServer实现，它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发

2-1-socket套接字

2-1-1-什么是套接字

套接字（Socket）是计算机网络中用于在不同计算机之间实现数据传输的一种软件技术。它使得应用程序可以通过网络进行通信。套接字位于应用层和传输层之间，充当一个抽象层，将复杂的网络通信细节隐藏起来，提供给程序员一个简洁的接口来进行网络编程。

套接字可以被看作是网络上的一个端点，由IP地址和端口号组成。通过这种方式，不同的进程或程序就可以通过网络互相连接和通信。

套接字支持多种协议，包括TCP、UDP等，它们分别提供了面向连接和无连接的服务。

2-1-2-socke的主要类型

1. 流式套接字（SOCK_STREAM）：提供可靠的、双向的、基于连接的字节流服务，使用TCP协议。

2. 数据报套接字（SOCK_DGRAM）：提供不可靠的、无连接的数据报服务，使用UDP协议。

3. 原始套接字（SOCK_RAW）：允许直接访问较低层次的协议，如IP协议，通常只在需要执行某些特殊操作时才使用。

2-2-socket 模块

Python 网络编程的基础，它提供了对底层操作系统套接字接口的访问。借助它，你能够创建客户端和服务器程序，实现网络通信

2-2-1-语法

2-2-1-1-语法01

函数socket()能够创建socket对象。此函数是套接字网络编程的基础对象，

socket(socket_family, socket_type,protocol=0)

1. 参数“socket_family”的值是AF_UNIX或AF_INET
1. AF_UNIX用于创建本地套接字，它主要用于同一台主机上不同进程间的通信。使用这种方式的通信速度较快，因为数据无需经过网络协议栈的处理。
2. AF_INET用于创建基于 IPv4 的网络套接字，它能够实现不同主机之间的网络通信
2. 参数“socket_type”是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
1. SOCK_STREAM表示使用面向连接的 TCP（传输控制协议）套接字。这种套接字提供了可靠的、基于字节流的通信方式，数据会按照发送的顺序准确无误地到达接收方。TCP 会自动处理数据的分段、重传、排序等问题，适用于对数据准确性要求较高的场景，如文件传输、网页浏览等
2. SOCK_DGRAM表示使用无连接的 UDP（用户数据报协议）套接字。UDP 不保证数据的可靠传输，也不保证数据的顺序，它只是简单地将数据报发送出去。不过，UDP 的开销较小，传输速度快，适用于对实时性要求较高、对数据准确性要求相对较低的场景，如视频直播、实时游戏等
3. 参数“protocol”通常省略，默认为0

2-2-1-2-语法02

创建TCP/IP套接字，可以用下面的代码调用socket.socket()。

tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

在创建UDP/IP套接字时需要执行如下所示的代码

udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

2-2-2-常用函数和属性

2-2-2-1-服务器端套接字函数

2-2-2-2-客户端套接字函数

2-2-2-3-公共用途的套接字函数

2-2-2-5-socket模块的属性和异常信息

2-2-3-案例-简单的客户端 - 服务器通信

以下是一个使用 socket 模块实现的简单的客户端

2-2-3-1-服务器通信示例

# 服务器端代码
import socket

# 创建一个 TCP/IP 套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定地址和端口
server_address = ('localhost', 8888)
server_socket.bind(server_address)

# 开始监听，最大连接数为 1
server_socket.listen(1)

print('Waiting for a connection...')
# 接受客户端连接
connection, client_address = server_socket.accept()

try:
    print(f'Connection from {client_address}')

    # 接收客户端发送的数据
    # data = connection.recv(1024)
    # print(f'Received: {data.decode('utf-8')}')
    while True:  # 连接成功后
        data = connection.recv(1024)  # 实行对话操作（接收/发送）
        print(f'Received: {data.decode()}')  # 显示获取的信息
        if not data:  # 如果没有数据
            break  # 终止循环
        connection.sendall(data)  # 发送数据信息
    # 发送响应给客户端
    message = 'Hello, client!'
    connection.sendall(message.encode())

finally:
    # 关闭连接
    connection.close()

2-2-3-2-客户端示例

示例01

import socket

# 创建一个 TCP/IP 套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 服务器地址和端口
server_address = ('localhost', 8888)

# 连接到服务器
client_socket.connect(server_address)

try:
    # 发送数据到服务器
    message = 'Hello, server!'
    client_socket.sendall(message.encode())

    # 接收服务器响应
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f'Received from server: {data.decode()}')

finally:
    # 关闭连接
    client_socket.close()

示例02

import socket

# 创建一个 TCP/IP 套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 服务器地址和端口
server_address = ('localhost', 8888)

# 连接到服务器
client_socket.connect(server_address)

try:
    # 发送数据到服务器
    message = 'Hello, server!'
    while message:
        client_socket.sendall(message.encode('utf-8'))  # 发送数据“你好”
        message = client_socket.recv(512)  # 实行对话操作（接收/发送）
        print("获取服务器信息：\n", message.decode('utf-8'))  # 显示接收到的服务器信息
        message = input('请输入信息：\n')  # 信息输入
finally:
    # 关闭连接
    client_socket.close()