TCP/IP协议 计算机间的通讯,传输、socket 传输通道

#! /usr/bin/env python3

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#TCP/IP简介

#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,互联网协议簇(Internet Protocol Suite)就是

#通用协议标准。Internet 是由inter 和net 两个单词组合起来的,原意就是连接’网络‘的网络,有了Internet,任何私有网络,只要支持这个协议,就可以联入互联网。

#虽然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。

#通信的时候,双方必须知道对方的标识,好比发邮件必须知道对方的邮件地址。互联网上每个计算机的唯一标识就是IP地址,类似123.123.123.123

#如果一台计算机同时接入到两个或多个网络,比如路由器,它就会有两个或多个IP地址,所以,IP地址对应的实际上是计算机的网络接口,通常是网卡。

#IP协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机。数据被分割成一小块一小块,然后通过IP包发送出去。由于互联网链路复杂,两台计算机之间经常有

#多条线路,因此,路由器就负责决定如何把一个IP包转发出去。IP包的特点是按块发送,途经多个路由,但不保证能到达,也不保证顺序到达。

#IP地址实际上是一个32位整数(称为IPV4),以字符串表示的IP地址如192.168.0.1实际上是把32位整数按8位分组后的数据表示,以便于阅读。

#IPV6地址实际上是一个128位整数,它是目前使用的IPV4的升级版,以字符串表示类似于2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334。

#TCP协议则是建立在IP协议上的。TCP协议负责在两台计算机之间建立可靠连接,保证数据包按顺序到达。TCP协议会通过握手建立连接,然后,对每个IP包编号,确保

#对方按顺序收到,如果包丢掉了,就自动重发。

#许多常用的更高级的协议都是建立在TCP协议的基础上的,比如用于浏览器的HTTP协议、发送邮件的SMTP协议等。

#一个IP包除了包含要传输的数据外,还包含源IP地址和目标IP地址,源端口和目标端口。

#端口有什么作用?在两天计算机通信时,只发IP地址不够,因为同一台计算机上跑着多个网络程序。一个IP包来了后,到底是交给浏览器还是QQ,就需要端口号来区分。

#每个网络程序都向操作系统申请唯一的端口号,这样,两个进程在两台计算机之间建立网络连接就需要各自的IP地址和各自的端口号。

#一个进程也可能同时与多个计算机建立链接,因此它会申请很多端口。

#TCP编程

#Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示’打开了一个网络链接‘,而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号,再指定协议类型

#即可。

#客户端

#大多数链接都是可靠的TCP连接。创建TCP连接时,主动发起连接的叫客户端,被动响应连接的叫服务器。

#举个例子,当我们在浏览器中访问新浪时,我们自己的计算机就是客户端,浏览器会主动向新浪的服务器发起连接。如果一切顺利,新浪的服务器接受了我们的连接,

#一个TCP连接就建立起来了,后面的通信就是发送网页内容了。

#导入socket库

import socket

#创建一个socket

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

#建立连接:

s.connect(('www.sina.com.cn',80))  #参数是一个tuple,包含地址和端口号。

#创建Socket时,AF_INET指定使用IPV4协议,如果要用更先进的IPV6,就指定为AF_INET6 。 SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议,这样,一个Socket对象就创建

#成功,但是还没有建立连接。

#客户端要主动发起TCP连接,必须知道服务器的IP地址和端口号。新浪网站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn自动转换到IP地址,但是怎么知道新浪服务器的端口呢?

#答案是作为服务器,提供什么样的服务,端口号就必须固定下来。由于我们想要访问网页,因此新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口,因为80端口

#是web服务的标准端口。其他服务都有对应的标准端口号,例如SMTP服务是25端口,FTP服务是21端口,等等。端口号小于1024的是internet标准服务的端口,端口号

#大于1024的,可以任意使用。

#建立TCP连接后,我们就可以向新浪服务器发送请求,要求返回首页内容:

#发送数据:

s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost:www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

#TCP连接创建的是双向通道,双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发,怎么协调,要根据具体的协议来决定。例如,Http协议规定客户端必须先发请求给

#服务器,服务器收到后才发数据给客户端。

#发送的文本格式必须符合Http标准,如果格式没问题,接下来就可以接收新浪服务器返回的数据了:

#接收数据

buffer=[]

while True:

#每次最多接收1k字节:

d=s.recv(1024)

if d:

buffer.append(d)

else:

break

data=b''.join(buffer)

#接收数据时,调用recv(max)方法,一次最多接收指定的字节数,因此,在一个while循环中反复接收,直到recv()返回空数据,表示接收完毕,退出循环。

#当我们接收完数据后,调用close()方法关闭Socket,这样,一次完整的网络通信就结束了:

#关闭连接:

s.close()

#接收到的数据包括HTTP头和网页本身,我们只需要把HTTP头和网页分离一下,把HTTP头打印出来,网页内容保存到文件:

header,html=data.split(b'\r\n\r\n',1)

print(header.decode('utf-8'))

#把接收的数据写入文件:

with open('sina.html','wb') as f:

f.write(html)

#现在,只需要在浏览器中打开这个sina.html文件,就可以看到新浪的首页了。

#服务器

#和客户端编程相比,服务器编程就要复杂一些。

#服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了,服务器就与该客户端建立Socket连接,随后的通信就靠这个Soket连接了。

#所以,服务器会打开固定端口(比如80)监听,每来一个客户端连接,就创建该Socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接,所以,服务器要能够区分一个

#Socket连接是和哪个客户端绑定的。一个Socket依赖4项:服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个Socket.

#但是服务器还需要同时响应多个客户端的请求,所以,每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理,否则,服务器一次就只能服务一个客户端了。

#我们来编写一个简单的服务器程序,它接收客户端连接,把客户端发过来的字符串加上Hello再发回去。

#创建一个基于IPV4和TCP协议的Socket:

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

#然后我们要绑定监听的地址和端口。服务器可能有多块网卡,可以绑定到某一块网卡的IP地址上,也可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址,还可以用127.0.0.1

#绑定本机地址。127.0.0.1是一个特殊的IP地址,表示本机地址,如果绑定到这个地址,客户端必须同时在本机运行才能连接,也就是说,外部计算机无法连接进来。

#端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务,所以用9999这个端口号。请注意,小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定:

#监听端口:

s.bind(('127.0.0.1',9999))

#紧接着,调用listen()方法开始监听端口,传入的参数指定等待连接的最大数量:

s.listen(5)

print('Waiting for connection...')

#接下来,服务器程序通过一个永久循环来接收来自客户端的连接,accept()会等待并返回一个客户端的连接:

while True:

#接收一个新连接:

sock,addr=s.accept()

#创建新线程来处理TCP连接:

t=threading.Thread(target=tcplink,args=(sock,addr))

t.start()

#每个连接都必须创建新线程(或进程)来处理,否则,单线程在处理连接的过程中,无法接收其他客户端的连接:

def tcplink(sock,addr):

print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)

sock.send(b'Welcome!')

while True:

data=sock.recv(1024)

time.sleep(1)

if not data or data.decode('utf-8')=='exit':

break

sock.send(('Hello,%s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))

sock.close()

print('Connection from %s:%s closed.' %addr)

#连接建立后,服务器首先发一条欢迎消息,然后等待客户端数据,并加上Hello再发送给客户端。如果客户端发送了exit字符串,就直接关闭连接。

#要测试这个服务器程序,我们还需要编写一个客户端程序:

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

#建立连接:

s.connect(('127.0.0.1',9999))

#接收欢迎消息:

print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

for data in [b'Michael',b'Tracy',b'Sarah']:

#发送数据:

s.send(data)

print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

s.send(b'exit')

s.close()

#我们需要打开两个命令行窗口,一个运行服务器程序,另一个运行客户端程序,就可以看到效果了:

#需要注意的是,客户端程序运行完毕就退出了,而服务器程序会永远运行下去,必须按Ctrl+C退出程序。

#用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单,对于客户端,要主动连接服务器的IP和指定端口,对于服务器,要首先监听指定端口,然后对每一个新的连接,

#创建一个线程或进程来处理。通常,服务器程序会无限运行下去。

#同一个端口,被一个Socket绑定后,就不能被别的Socket绑定了。

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