4. 网络编程

0. 大纲：

网络编程三要素： IP地址、端口、协议、3次握手、4次挥手；
Socket套接字与TCP开发流程 ：服务器端程序流程、客户端程序流程；
TCP编程：服务器端程序、客户端程序编写；

1. 网络编程三要素： IP、端口、协议

1.1 TCP协议和 UDP协议：

TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
① TCP是面向连接的 ；UDP是无连接的即发送数据前不需要建立连接；
② TCP提供可靠的服务 ，也就是说，通过 TCP连接传输的数据不会丢失、没有重复，并且按顺序到达；UDP没有可靠性；
③ TCP是面向字节流的，实际上是 TCP把数据看成一连串无结构的字节流；UDP是面向报文的。

1.2 TCP建立连接三次握手：

三次握手 就是指建立TCP连接 时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。
第一次握手 : 客户端向服务端发送请求，等待服务端确认；
第二次握手 : 服务端收到请求后知道客户端请求建立连接，回复给客户端以确认连接请求 ；
第三次握手: 客户端收到确认后 ，再次发送请求给服务端，服务端收到正确请求后，如果正确则连接建立成功，完成三次握手，随后客户端与服务端之间可以开始传输数据了。

(详述：第一次握手 ：建立连接时，客户端发送 syn包（syn=j）到服务器，并进入 SYN=SENT状态，等待服务器确认；（SYN：同步序列编号 Synchronize Sequence Numbers）
第二次握手 ：服务器收到 syn包，必须确认客户的 SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个 SYN包（SYN=k），即 SYN+ACK 包，此时服务器进入 SYN_RECV状态；
第三次握手 ：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），此时包发送完毕，客户端和服务器进入 ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成第三次握手；

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。)（下图红线指的是三次握手建立连接）

1.3 TCP断开连接四次挥手：

四次挥手 是指断开TCP链接 时需要经过4次确认。TCP连接是双向，A连接B、B连接A都要断开 。
第一次挥手 : 当主机A(可以是客户端也可以是服务端)完成数据传输后，提出停止TCP连接的请求；
第二次挥手 : 主机B收到请求后对其作出响应，确认这一方向上的TCP连接 将关闭；
第三次挥手 : 主机B端再提出反方向的连接 关闭请求；
第四次挥手 : 主机A对主机B的请求进行确认，双方向的关闭结束。（黑色线指四次挥手断开链接）

2. Socket套接字与 TCP开发流程

2.1 Socket套接字：

网络编程 ：也叫网络通信，Socket通信，即:通信 双方都独有自己的Socket对象 ，数据在Socket之间通过 数据报包(UDP协议) 或者 字节流(TCP协议) 的形式进行传输。

①定义：socket(简称套接字)是进程之间通信一个工具 ，好比现实生活中的插座，所有的家用电器要想工作都是基于插座进行，而进程之间进行网络通信需要基于socket 。

②语法：socket(套接字)能实现不同主机之间的进程间通信。Python中有专门的socket类:import socket；要使用socket，则通常要使用到socket模块下的socket类创建socket对象:tcp_socket= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

函数名/参数	含义
`socket(AddressFamily, Type)`	用于创建一个socket对象。其中，参数`AddressFamily`(地址族)可以选择AF_INET 用于Internet进程间通信，实际工作中常用它; 参数`Type`表示套接字类型，可以是SOCK_STREAM流式套接字，主要用于TCP协议。
参数1：`AddressFamily`	地址族。即：Ipv4 还是 Ipv6 ；默认值：AF_INET(Ipv4)；AF_INET6(Ipv6)
参数2：`Type`	通信方式。socket类型；即TCP 还是 UDP ；默认值：SOCK_STREAM(TCP)；SOCK_DGRAM(UDP)

③示例：

python 复制代码

#演示socket对象的创建
import socket   #导入模块

#创建socket对象
tcp_socket= socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#输出内容
print(tcp_socket)

#运行结果：
    # <socket.socket fd=3, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('0.0.0.0', 0)>

2.2 TCP开发流程：

服务器端程序流程、客户端程序流程图：

详述： socket()服务器端有socket，客户端也有socket；多个客户端对应一个服务器端，bind()绑定服务端的IP和端口号(以元组的形式),即服务器端指定了IP和端口；客户端connect()时根据此IP和端口连接；listen()最大监听数：允许最多有多少人等待即多个客户端同时申请的情况下，服务器端最多只能服务几个，如单线程的则服务一个，如5个则最多5个客户端连接，第6个过来需要等待连接；accept()等待监听即如果没有客户端与服务端连接则等待(如开店老板没有顾客时等待)，会返回一个元组：(元组的第一个参数是 负责和客户端交互的socket , 第二个参数是 客户端信息 )，（和客户端交互的socket 的理解：服务端socket()的socket是店主，当客户端socket()的socket来交互时，由accept()返回的元组的第一个参数 和客户端交互的socket 的socket与客户端的socket进行交互的，并不是由服务端socket()的socket与之交互的，因为(店主)它的职责是负责等待，真正交互的不是它）；一直等到connect()连接；send()发送数据；recv()接收数据：客户端发服务端收，以及服务端发客户端收；客户端close()关闭客户端，服务端close()关闭的是与客户端交互的socket、不是socket()的socket (关闭接待完的店员，不是关店)；

TCP服务器端：
TCP客户端：

代码：

server_socket.py

python 复制代码

"""
网编案例：服务端给客户端发送消息，客户端给服务端回执信息
服务器端开发流程:
    1.创建服务端socket对象
    2.绑定IP和端口号
    3.设置最大监听数
    4.等待客户端申请建立连接
    5.给客户端发送消息
    6.接收客户端的信息并打印
    7.释放资源
注意：客户端与服务端是通过 字节流(bytes) 的形式实现的！
"""
#导包
import socket

# 1.创建服务端socket对象:ipv4,字节流(TCP)
server_socket=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 2.绑定IP和端口号
server_socket.bind(('127.0.0.1',8080))
# 3.设置最大监听数
server_socket.listen(5)
# 4.等待客户端申请建立连接
print(111)
accept_socket,client_info=server_socket.accept()
# 5.给客户端发送消息
accept_socket.send(b'Welcome to Python')
# 6.接收客户端的信息并打印
data=accept_socket.recv(1024).decode('utf-8')
print(f"服务器端收到来自{client_info}的数据："+data)
# 7.释放资源
accept_socket.close()
# server_socket.close()  # 服务器端一般不关闭

client_socket.py

python 复制代码

"""
网编案例：服务端给客户端发送消息，客户端给服务端回执信息
客户端开发流程:
    1.创建客户端socket对象
    2.连接服务器端，指定：服务器端IP、端口号
    3.接收服务端的信息并打印
    4.给服务器端发送消息
    5.释放资源
注意：客户端与服务端是通过 字节流(bytes) 的形式实现的！
"""
#导包
import socket

# 1.创建客户端socket对象:ipv4,字节流(TCP)
client_socket=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 2.连接服务器端，指定：服务器端IP、端口号
client_socket.connect(('127.0.0.1', 8080))
# 3.接收服务端的信息并打印
data=client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
print(f"客户端收到数据："+data)
# 4.给服务器端发送消息
client_socket.send("Socket很有趣，很喜欢！".encode('utf-8'))
# 5.释放资源
client_socket.close()

2.3 字符串 str 与二进制 bytes 类型转换：

在网络中，数据是以二进制数据类型bytes的形式进行传递 的,所以在我们向网络传输数据的时候需要把数据转化成二进制,从网络中接受到的数据默认也是二进制类型的数据，想要正常使用 这些数据也需要 把这些数据从二进制类型数据转为字符串str型 。
①字符串str数据转换为二进制bytes类型 时，可使用如下函数:

encode(encoding)	用于把字符串编码转换为二进制数据，其中encoding表示编码格式，常设置为utf-8

②二进制bytes数据转换为字符串str类型 时，可使用如下函数:

decode(encoding)	用于把二进制数据解码转换为宇符串，其中encoding表示编码格式，常设置为utf-8

③说明：

1.编码(encode) 是把我们看懂的转成看不懂的：字符串.encode(码表)；（不写默认utf-8编码）

2.解码(decode) 是把我们看不懂的转成看懂的：二进制.decode(码表);（不写默认utf-8编码）

3.只要是乱码了，原因一定是编解码不同；

4.数字、字母、特殊符号无论什么码表都只占一个字节，中文在gbk中占两个字节、utf-8中占三个字节；

5.二进制特殊写法：b'数字/ 字母/ 特殊符号'，但该方式针对中文无效；

④代码示例：

python 复制代码

# 1.编码
s1="aB啦2@#"
print(s1.encode())       #运行结果：b'aB\xe5\x95\xa62@#'
print(s1.encode('utf-8'))#运行结果：b'aB\xe5\x95\xa62@#'
print(s1.encode('gbk'))  #运行结果：b'aB\xc0\xb22@#'

# 2.解码
bys=b'aB\xe5\x95\xa62@#'
print(type(bys))            #运行结果：<class 'bytes'>
print(bys.decode())         #运行结果：aB啦2@#
print(bys.decode('utf-8'))  #运行结果：aB啦2@#
print(bys.decode('gbk'))    #运行结果：报错

0. 大纲：

1. 网络编程三要素： IP、端口、协议

1.1 TCP协议 和 UDP协议：

1.2 TCP建立连接三次握手：

1.3 TCP断开连接四次挥手：

2. Socket套接字 与 TCP开发流程

2.1 Socket套接字：

2.2 TCP开发流程：

2.3 字符串 str 与二进制 bytes 类型转换：

1.1 TCP协议和 UDP协议：

2. Socket套接字与 TCP开发流程