文章目錄

• • 1. TCP/IP協議
  • • 1.1 IP協議
    • 1.2 TCP協議
  • 2. UDP協議
  • 3. Socket
  • 4. TCP編程
  • • 4.1 創建TCP服務器
    • 4.2 創建TCP客戶端
    • 4.3 簡易聊天工具
  • 5. UDP編程
  • • 5.1 創建UDP服務器
    • 5.2 創建UDP客戶端

learning from 《python web開發從入門到精通》

1. TCP/IP協議

大家都用同樣的協議 protocol（溝通語言）才能對話

TCP/IP協議：

• 應用層：FTP文件傳輸，Telnet遠程登錄，DNS域名系統，SMTP電子郵件傳輸…（為用戶提供服務）
• 傳輸層：TCP傳輸控制，UDP用戶數據報（端到端通信，保證順序傳輸數據和完整性）
• 網絡層：IP網際協議，IGMP互聯網組管理，ICMP互聯網控制報文（主機到主機通信）
• 鏈路層：（監視數據在主機和網絡之間的交換）

1.1 IP協議

• 數據被分成小包裹通過 IP包發出，不保證到達，不保證順序

1.2 TCP協議

• 建立在 IP 協議之上，3次握手，建立可靠連接，保證數據順序到達
• 丟失，自動重發
• TCP 報文 包含數據，源IP，目標IP，源端口，目標端口

2. UDP協議

• 面向無連接的協議，不需建立連接，只需知道對方 IP 和端口
• 不保證一定到達，但是速度比 TCP 快

3. Socket

• 兩個程序要網絡通信，都需要使用 Socket 套接字（孔，插座的意思）
• 用于描述 IP 地址 和 端口
• 服務打開一個 Socket，并綁定到一個端口上，不同的端口對應不同的服務

python中的套接字：

s = socket.socket(AddressFamily, Type)

• AddressFamily，填socket.AF_INET （用于 Internet 進程間通信），填socket.AF_UNIX（用于同一臺機器進程間通信）
• Type 套接字類型，socket.SOCK_STREAM 流式套接字（主要用于 TCP），socket.SOCK_DGRAM 數據包套接字（主要用于 UDP）

常用函數：https://www.runoob.com/python/python-socket.html

函數描述

服務器端套接字
s.bind()	綁定地址（host,port）到套接字， 在 AF_INET下，以元組（host,port）的形式表示地址。
s.listen()	開始 TCP 監聽。backlog 指定在拒絕連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數量。該值至少為 1，大部分應用程序設為 5 就可以了。
s.accept()	被動接受TCP客戶端連接,(阻塞式)等待連接的到來
客戶端套接字
s.connect()	主動初始化TCP服務器連接，。一般address的格式為元組（hostname,port），如果連接出錯，返回socket.error錯誤。
s.connect_ex()	connect()函數的擴展版本,出錯時返回出錯碼,而不是拋出異常
公共用途的套接字函數
s.recv()	接收 TCP 數據，數據以字符串形式返回，bufsize 指定要接收的最大數據量。flag 提供有關消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()	發送 TCP 數據，將 string 中的數據發送到連接的套接字。返回值是要發送的字節數量，該數量可能小于 string 的字節大小。
s.sendall()	完整發送 TCP 數據。將 string 中的數據發送到連接的套接字，但在返回之前會嘗試發送所有數據。成功返回 None，失敗則拋出異常。
s.recvfrom()	接收 UDP 數據，與 recv() 類似，但返回值是（data,address）。其中 data 是包含接收數據的字符串，address 是發送數據的套接字地址。
s.sendto()	發送 UDP 數據，將數據發送到套接字，address 是形式為（ipaddr，port）的元組，指定遠程地址。返回值是發送的字節數。
s.close()	關閉套接字
s.getpeername()	返回連接套接字的遠程地址。返回值通常是元組（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一個元組(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	設置給定套接字選項的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字選項的值。
s.settimeout(timeout)	設置套接字操作的超時期，timeout是一個浮點數，單位是秒。值為None表示沒有超時期。一般，超時期應該在剛創建套接字時設置，因為它們可能用于連接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回當前超時期的值，單位是秒，如果沒有設置超時期，則返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag為0，則將套接字設為非阻塞模式，否則將套接字設為阻塞模式（默認值）。非阻塞模式下，如果調用recv()沒有發現任何數據，或send()調用無法立即發送數據，那么將引起socket.error異常。
s.makefile()	創建一個與該套接字相關連的文件

4. TCP編程

主動發起連接的是：客戶端
被動響應連接的是：服務器

4.1 創建TCP服務器

創建套接字

bind 綁定 IP 和 端口

listen socket 可以被動連接

accept 等待客戶端連接

recv / send 接收發送數據

例子：使用 socket 模塊，通過客戶端瀏覽器 向 本地服務器（127.0.0.1） 發起請求；服務器接到請求，向瀏覽器發送 hello world

import sockethost = "127.0.0.1" # IP port = 8080 # 端口 web = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) web.bind((host, port)) # 綁定端口 web.listen(5) # 監聽,最多5個連接 print("服務器啟動成功, 等待客戶端連接...") while True:conn, addr = web.accept() # 建立客戶端連接print("客戶端連接成功, 地址:", addr)data = conn.recv(1024) # 獲取客戶端發送的數據print("接收到客戶端發送的數據:", data.decode())conn.sendall(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\nHello World, Michael!') # 發送數據給客戶端conn.close() # 關閉連接print("客戶端連接關閉")

服務器啟動成功, 等待客戶端連接... 客戶端連接成功, 地址: ('127.0.0.1', 7631) 接收到客戶端發送的數據: GET / HTTP/1.1 Host: 127.0.0.1:8080 Connection: keep-alive sec-ch-ua: " Not A;Brand";v="99", "Chromium";v="96", "Microsoft Edge";v="96" sec-ch-ua-mobile: ?0 sec-ch-ua-platform: "Windows" Upgrade-Insecure-Requests: 1 User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/96.0.4664.55 Safari/537.36 Edg/96.0.1054.34 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9 Sec-Fetch-Site: none Sec-Fetch-Mode: navigate Sec-Fetch-User: ?1 Sec-Fetch-Dest: document Accept-Encoding: gzip, deflate, br Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6客戶端連接關閉 客戶端連接成功, 地址: ('127.0.0.1', 7632) 接收到客戶端發送的數據: GET /favicon.ico HTTP/1.1 Host: 127.0.0.1:8080 Connection: keep-alive sec-ch-ua: " Not A;Brand";v="99", "Chromium";v="96", "Microsoft Edge";v="96" sec-ch-ua-mobile: ?0 User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/96.0.4664.55 Safari/537.36 Edg/96.0.1054.34 sec-ch-ua-platform: "Windows" Accept: image/webp,image/apng,image/svg+xml,image/*,*/*;q=0.8 Sec-Fetch-Site: same-origin Sec-Fetch-Mode: no-cors Sec-Fetch-Dest: image Referer: http://127.0.0.1:8080/ Accept-Encoding: gzip, deflate, br Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6客戶端連接關閉

4.2 創建TCP客戶端

客戶端比較簡單一點

import sockets = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) host = "127.0.0.1" port = 8080 s.connect((host, port)) while True:send_data = input("請輸入要發送的數據：")if send_data == "exit":breaks.send(send_data.encode("utf-8"))recvData = s.recv(1024).decode("utf-8") # 最大接收1024字節print("接收到的數據：", recvData) s.close()

4.3 簡易聊天工具

服務端

import sockethost = socket.gethostname() port = 12345 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.bind((host, port)) s.listen(1) sock, addr = s.accept() print('建立連接：', addr) info = sock.recv(1024).decode() while info != "byebye":if info:print("收到信息：", info)send_data = input("請輸入發送的信息：")sock.send(send_data.encode())if send_data == "byebye":breakinfo = sock.recv(1024).decode() sock.close() s.close()

客戶端

import sockets = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) host = socket.gethostname() port = 12345 s.connect((host, port)) print("已經連接到服務器") info = '' while info != 'byebye':send_data = input("請輸入要發送的數據：")s.send(send_data.encode())if send_data == 'byebye':breakinfo = s.recv(1024).decode()print("收到服務器的數據：", info) s.close()

5. UDP編程

UDP 面向消息的協議，無需建立連接，傳輸是不可靠的，一般用于：

• 語音廣播，視頻，聊天軟件，TFTP（簡單文件傳送），SNMP（簡單網絡管理協議），RIP（路由信息協議），DNS（域名解釋）

5.1 創建UDP服務器

例子：在客戶端輸入攝氏溫度，發送給服務器，轉換為華氏溫度，發送給客戶端顯示

import sockets = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # UDP套接字 s.bind(('127.0.0.1', 1314)) print('綁定 UDP服務 到 1314 端口') data, addr = s.recvfrom(1024) # 收到的數據是 byte 類型 data = float(data) * 1.8 + 32 send_data = "轉換后的溫度（華氏溫度）：" + str(data) print("從%s:%s收到請求數據" % addr) s.sendto(send_data.encode('utf-8'), addr) # 發送數據給客戶端 s.close()

5.2 創建UDP客戶端

import sockets = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) data = input("請輸入要轉換的攝氏溫度：") s.sendto(data.encode(), ("127.0.0.1", 1314)) print(s.recv(1024).decode()) s.close()

總結

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