Python之網絡編程(二)

　　tcp三次握手和四次揮手

　　　　　　咱們知道網絡層，能夠實現兩個主機之間的通訊。可是這並不具體，由於，真正進行通訊的實體是在主機中的進程，是一個主機中的一個進程與另一個主機中的一個進程在交換數據。IP協議雖然能把數據報文送到目的主機，可是並無交付給主機的具體應用進程。而端到端的通訊才應該是應用進程之間的通訊。

　　　　　　UDP，在傳送數據前不須要先創建鏈接，遠地的主機在收到UDP報文後也不須要給出任何確認。雖然UDP不提供可靠交付，可是正是由於這樣，省去和不少的開銷，使得它的速度比較快，好比一些對實時性要求較高的服務，就經常使用的是UDP。對應的應用層的協議主要有 DNS,TFTP,DHCP,SNMP,NFS 等。

　　　　　　TCP，提供面向鏈接的服務，在傳送數據以前必須先創建鏈接，數據傳送完成後要釋放鏈接。所以TCP是一種可靠的的運輸服務，可是正由於這樣，不可避免的增長了許多的開銷，好比確認，流量控制等。對應的應用層的協議主要有 SMTP,TELNET,HTTP,FTP 等。

 　　　　　　三次握手：

　　　　　　1.TCP服務器進程先建立傳輸控制塊TCB，時刻準備接受客戶進程的鏈接請求，此時服務器就進入了　LISTEN（監聽）狀態；

　　　　　　2.TCP客戶進程也是先建立傳輸控制塊TCB，而後向服務器發出鏈接請求報文，這是報文首部中的同部位SYN=1，同時選擇一個初始序列號 seq=x ，此時，TCP客戶端進程進入了 SYN-SENT（同步已發送狀態）狀態。TCP規定，SYN報文段（SYN=1的報文段）不能攜帶數據，但須要消耗掉一個序號。

　　　　　　3.TCP服務器收到請求報文後，若是贊成鏈接，則發出確認報文。確認報文中應該 ACK=1，SYN=1，確認號是ack=x+1，同時也要爲本身初始化一個序列號 seq=y，此時，TCP服務器進程進入了SYN-RCVD（同步收到）狀態。這個報文也不能攜帶數據，可是一樣要消耗一個序號。

　　　　　　4.TCP客戶進程收到確認後，還要向服務器給出確認。確認報文的ACK=1，ack=y+1，本身的序列號seq=x+1，此時，TCP鏈接創建，客戶端進入ESTABLISHED（已創建鏈接）狀態。TCP規定，ACK報文段能夠攜帶數據，可是若是不攜帶數據則不消耗序號。

　　　　　　5.當服務器收到客戶端的確認後也進入ESTABLISHED狀態，此後雙方就能夠開始通訊了。 

　　　　　　四次揮手：

　　　　　　數據傳輸完畢後，雙方均可釋放鏈接。最開始的時候，客戶端和服務器都是處於ESTABLISHED狀態，而後客戶端主動關閉，服務器被動關閉。服務端也能夠主動關閉，一個流程。

　　　　　　1.客戶端進程發出鏈接釋放報文，而且中止發送數據。釋放數據報文首部，FIN=1，其序列號爲seq=u（等於前面已經傳送過來的數據的最後一個字節的序號加1），此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態。 TCP規定，FIN報文段即便不攜帶數據，也要消耗一個序號。

　　　　　　2.服務器收到鏈接釋放報文，發出確認報文，ACK=1，ack=u+1，而且帶上本身的序列號seq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP服務器通知高層的應用進程，客戶端向服務器的方向就釋放了，這時候處於半關閉狀態，即客戶端已經沒有數據要發送了，可是服務器若發送數據，客戶端依然要接受。這個狀態還要持續一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態持續的時間。

　　　　　　3.客戶端收到服務器的確認請求後，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待服務器發送鏈接釋放報文（在這以前還須要接受服務器發送的最後的數據）。

　　　　　　4.服務器將最後的數據發送完畢後，就向客戶端發送鏈接釋放報文，FIN=1，ack=u+1，因爲在半關閉狀態，服務器極可能又發送了一些數據，假定此時的序列號爲seq=w，此時，服務器就進入了LAST-ACK（最後確認）狀態，等待客戶端的確認。

　　　　　　5.客戶端收到服務器的鏈接釋放報文後，必須發出確認，ACK=1，ack=w+1，而本身的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態。注意此時TCP鏈接尚未釋放，必須通過2∗∗MSL（最長報文段壽命）的時間後，當客戶端撤銷相應的TCB後，才進入CLOSED狀態。

　　　　　　6.服務器只要收到了客戶端發出的確認，當即進入CLOSED狀態。一樣，撤銷TCB後，就結束了此次的TCP鏈接。能夠看到，服務器結束TCP鏈接的時間要比客戶端早一些。

基於TCP和UDP兩個協議下socket的通信流程

 　　1.TCP和UDP對比

　　　　TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向鏈接的協議（eg:打電話）、傳輸效率低全雙工通訊（發送緩存&接收緩存）、面向字節流。使用TCP的應用：Web瀏覽器；文件傳輸程序。

　　　　UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、無鏈接的服務，傳輸效率高（發送前時延小），一對1、一對多、多對1、多對多、面向報文(數據包)，盡最大努力服務，無擁塞控制。使用UDP的應用：域名系統 (DNS)；視頻流；IP語音(VoIP)。

　　　　直接看圖對比其中差別

上代碼感覺一下，須要建立兩個文件，文件名稱隨便起，爲了方便看，個人兩個文件名稱爲tcp_server.py(服務端)和tcp_client.py(客戶端)，將下面的server端的代碼拷貝到tcp_server.py文件中，將下面client端的代碼拷貝到tcp_client.py的文件中，而後先運行tcp_server.py文件中的代碼，再運行tcp_client.py文件中的代碼，而後在pycharm下面的輸出窗口看一下效果。

　　　　server端代碼示例(若是比喻成打電話)

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址綁定到套接字
sk.listen()          #監聽連接
conn,addr = sk.accept() #接受客戶端連接
ret = conn.recv(1024)  #接收客戶端信息
print(ret)       #打印客戶端信息
conn.send(b'hi')        #向客戶端發送信息
conn.close()       #關閉客戶端套接字
sk.close()        #關閉服務器套接字(可選)

　　　　client端代碼示例

import socket
sk = socket.socket()           # 建立客戶套接字
sk.connect(('127.0.0.1',8898))    # 嘗試鏈接服務器
sk.send(b'hello!')
ret = sk.recv(1024)         # 對話(發送/接收)
print(ret)
sk.close()            # 關閉客戶套接字

 

　　　　socket綁定IP和端口時可能出現下面的問題：

　　　　 　　　　解決辦法：

#加入一條socket配置，重用ip和端口
import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #在bind前加，容許地址重用
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址綁定到套接字
sk.listen()          #監聽連接
conn,addr = sk.accept() #接受客戶端連接
ret = conn.recv(1024)   #接收客戶端信息
print(ret)              #打印客戶端信息
conn.send(b'hi')        #向客戶端發送信息
conn.close()       #關閉客戶端套接字
sk.close()        #關閉服務器套接字(可選)

　　　　可是若是你加上了上面的代碼以後仍是出現這個問題：OSError: [WinError 10013] 以一種訪問權限不容許的方式作了一個訪問套接字的嘗試。那麼只能換端口了，由於你的電腦不支持端口重用。

　　　　記住一點，用socket進行通訊，必須是一收一發對應好。

　　提一下：網絡相關或者須要和電腦上其餘程序通訊的程序才須要開一個端口。

　　

　　在看UDP協議下的socket以前，咱們還須要加一些內容來說：看代碼

　　　　server端

import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
# sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
sk.listen()
conn,addr = sk.accept()  #在這阻塞，等待客戶端過來鏈接
while True:
    ret = conn.recv(1024)  #接收消息  在這仍是要阻塞，等待收消息
    ret = ret.decode('utf-8')  #字節類型轉換爲字符串中文
    print(ret)
    if ret == 'bye':        #若是接到的消息爲bye，退出
        break
    msg = input('服務端>>')  #服務端發消息
    conn.send(msg.encode('utf-8'))
    if msg == 'bye':
        break
 
conn.close()
sk.close()

　　　　client端

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8090)) #鏈接服務端
 
while True:
    msg = input('客戶端>>>')  #input阻塞，等待輸入內容
    sk.send(msg.encode('utf-8'))
    if msg == 'bye':
        break
    ret = sk.recv(1024)
    ret = ret.decode('utf-8')
    print(ret)
    if ret == 'bye':
        break
sk.close()

你會發現，第一個鏈接的客戶端能夠和服務端收發消息，可是第二個鏈接的客戶端發消息服務端是收不到的

　　　　緣由解釋：

　　　　　　tcp屬於長鏈接，長鏈接就是一直佔用着這個連接，這個鏈接的端口被佔用了，第二個客戶端過來鏈接的時候，他是能夠鏈接的，可是處於一個佔線的狀態，就只能等着去跟服務端創建鏈接，除非一個客戶端斷開了(優雅的斷開能夠，若是是強制斷開就會報錯，由於服務端的程序還在第一個循環裏面)，而後就能夠進行和服務端的通訊了。什麼是優雅的斷開呢？看代碼。

　　　　server端代碼：

import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
# sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #容許地址重用，這個東西都說能解決問題，我很是不建議你們這麼作，容易出問題
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
sk.listen()
# 第二步演示，再加一層while循環
while True:    #下面的代碼所有縮進進去，也就是循環創建鏈接，可是無論怎麼聊，只能和一個聊，也就是另一個優雅的斷了以後才能和另一個聊
                #它不能同時和好多人聊，仍是長鏈接的緣由，一直佔用着這個端口的鏈接，udp是能夠的，而後咱們學習udp
    conn,addr = sk.accept()  #在這阻塞，等待客戶端過來鏈接
    while True:
        ret = conn.recv(1024)  #接收消息  在這仍是要阻塞，等待收消息
        ret = ret.decode('utf-8')  #字節類型轉換爲字符串中文
        print(ret)
        if ret == 'bye':        #若是接到的消息爲bye，退出
            break
        msg = input('服務端>>')  #服務端發消息
        conn.send(msg.encode('utf-8'))
        if msg == 'bye':
            break
    conn.close()

　　　　client端代碼

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8090)) #鏈接服務端
 
while True:
    msg = input('客戶端>>>')  #input阻塞，等待輸入內容
    sk.send(msg.encode('utf-8'))
    if msg == 'bye':
        break
    ret = sk.recv(1024)
    ret = ret.decode('utf-8')
    print(ret)
    if ret == 'bye':
        break
# sk.close()

　　　　強制斷開鏈接以後的報錯信息：

總結一下UDP下的socket通信流程

　　　　　　先從服務器端提及。服務器端先初始化Socket，而後與端口綁定(bind)，recvform接收消息，這個消息有兩項，消息內容和對方客戶端的地址，而後回覆消息時也要帶着你收到的這個客戶端的地址，發送回去，最後關閉鏈接，一次交互結束

　　　　　　上代碼感覺一下，須要建立兩個文件，文件名稱隨便起，爲了方便看，個人兩個文件名稱爲udp_server.py(服務端)和udp_client.py(客戶端)，將下面的server端的代碼拷貝到udp_server.py文件中，將下面cliet端的代碼拷貝到udp_client.py的文件中，而後先運行udp_server.py文件中的代碼，再運行udp_client.py文件中的代碼，而後在pycharm下面的輸出窗口看一下效果。

　　　　server端代碼示例

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #建立一個服務器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #綁定服務器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 對話(接收與發送)
udp_sk.close()                         # 關閉服務器套接字

　　　　client端代碼示例

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode('utf-8'),addr)