python3 网络编程

注：网络编程并非是python独有的

一、网络编程

    1.网络的功能：数据的传输

    2.iso:国际标准化组织，非盈利公益机构，制定了osi七层模型

        作用：使网络通信工作流程标准化。

        osi七层模型：

        应用层：提供用户服务，具体功能由应用程序实现。一般用python写的小程序都是应用层程序，在主板上的叫罗版开发，在主板之上的叫操作系统开发，操作系统之上的就是操作驱动开发，操作系统之上的是应用开发。

        表示层：数据的压缩、优化、加密。比如QQ发消息，一般是发送一个包，里面包含你的头像、昵称、发送的信息、时间等等，且一般发送的包一般会有加密来保证安全。

        会话层：建立用户级的连接，选择适当的传输服务。（应用于应用之间的连接）应对不同的传输需求来选择不同的传输服务。

        传输层：提供传输服务。UDP和TCP。

        网络层：做路由选择，网络互联。路由选择：网络消息传输需要有一定的介质，比如无线、有线网线，消息传输出去需要经过一个个的路由节点，主要是选择路由节点路径。比如现在发消息会从网卡发送出来经过本地的路由网关，然后再经过一个个路由节点送到目标主机上。

        链路层：进行数据交换，控制具体数据的发送。所有的数据都要转换为01二进制发送，这就是链路层的作用，发送时是以数据帧为单位。

        物理层：提供数据传输的硬件保证，如网卡、接口、传输介质。

        作为python工程师一般是涉及使用前四层即应用层、表示层、会话层、传输层。网络运维工程师会涉及到网络层、链路层。
        对外的网络传输都在用这个七层模型，但是对内网络，有些公司可能会制定自己的网络模型。

        优点：
        1.建立了统一的工作流程
        2.分部清晰，各司其职，每个步骤分工明确。
        3.降低了各个模块之间的耦合度，便于开发。编程讲究高内聚，低耦合。

        注:
        高内聚：功能的单一性，即模块的功能尽可能单一，不相互掺杂。
        低耦合：模块之间尽可能少的相互影响，好处：修改一个模块时不需要再修改其他模块。
        封装：将一个功能的代码封装为一个模块，提高代码的复用性。

        TCP/IP四层模型：

        实际工作当中是简化为四层模型，即TCP/IP四层模型，五层模型是将物理链路层分为物理层和链路层两部分。
        背景：实际工作中工程师无法按照七层模型要求操作，逐渐演化为更符合实际情况的四层模型

        应用层：集中了应用、表示、会话的功能。

        传输层：

        网络层：

        物理链路层：因为链路层依托于（离不开）硬件设备，于是就合并了。

        我们写的程序主要是应用层、传输层主要是操作系统，网络层和物理链路层有相应的网络工程师负责。

    3.数据传输过程
        应用层发送信息并添加一个应用层首部信息打包，然后发送给传输层；传输层会将这个消息添加传输层头部信息，然后传给网络层；网络层将接受到信息添加一个头部信息，然后发送给物理链路层；物理链路层接受后会添加一个包含IP之类的头部信息并打包；物理链路层发送这个信息给路由器，然后通过层层的交换机路由器节点，每个节点读取头部信息来确定下一个节点，最后到目标主机；目标主机接收到后，会根据物理链路层、网络层、传输层、应用层顺序进行层层解包，获得传输的信息。
        传输过程中节点越少，包头部信息解析的越少，传输的也就越快。

        【1】发送端由应用程序发送消息，逐层添加首部信息，最终在物理层发送消息包。
        【2】发送的消息经过多个节点（交换机，路由器）传输，最终到达目标主机。
        【3】目标主机由物理层逐层解析首部消息包，最终到应用程序呈现消息。

    4.网络协议
        网络协议：在网络数据传输过程中，双方或大家都遵守的一个规定，包括建立什么样的数据结构，什么样的特殊标志等。
        每一层都有自己的协议（除了表示层和会话层），每一层的首部信息都是由协议来规定的。

                                 TCP/IP协议族                    
        应用层                   TFTP  HTTP  SNMP（自检协议）  FTP  SMTP  DNS（域名解析） ftp  Telnet  
        传输层                   TCP  UDP
        网络层                   IP ICMP RIP OSPF BGP

    5.网络概念

        【1】网络主机（host）

            功能：标识一台主机在网络中的位置（地址）。

            主机本地地址：'localhost'或'127.0.0.1'

            主机网络地址：linux使用ifconfig查看主机网络地址（inet地址），windows使用ipconfig来查看主机网络地址（以太网适配地址/无线地址），这个是路由器分配的，百度IP显示的是由运营商分配的。

            自动获取地址：'0.0.0.0'自动匹配当前主机合适的网卡地址，比如同一台主机上有AB两个程序，B的地址为0.0.0.0，A可以用本地主机地址或外网地址访问B，其他主机也可以通过外网访问，根据不同的访问地址进行自动更改。
        

        【2】IP地址
        
            功能：确定一台主机的网络路由位置。

            IP唯一：公网IP唯一，一个局域网内IP不重复，各个局域网都有上一级网段，根据上一级网段IP和局域网IP寻找目标主机。

            结构：
            IPV4 点分十进制表示 用三个.将IP地址分为四个部分，每个点取值范围是0-255，一个IPV4地址占32位，总共有2的32次方个IP地址储量。
            IPV6 占128位，以十六进制来表示

            特殊IP：
            127.0.0.1       本机测试IP
            0.0.0.0         自动获取本机网卡地址
            xxx.xxx.xxx.0     通常表示一个网段（同一个局域网内表示一个网段）
            xxx.xxx.xxx.1     通常表示一个网关（网关一个局域网内交换机的地址）
            xxx.xxx.xxx.255   通常用作广播地址 

        【3】域名：

            定义：给网络服务器地址起的名字

            作用：方便记忆，表达一定的含义

            * ping [ip]:测试和某个主机是否联通

            DNS:是个应用层协议，虽然是通过域名访问服务器，实际上域名需要先转换成地址，这个其实在应用层就完成了，每一台主机都会有一个DNS地址，然后访问DNS服务器，DNS会将域名和IP先注册相对应，然后返回相应的内容
    

        【4】端口号（port）：
            
            作用：端口是网络地址的一部分，用于区分主机上不同的网络应用程序。每个应用程序会监听一个端口，来进行数据的接受。

            特点：一个系统中的应用监听端口不能重复。
            
            取值范围：1 —— 65535
                     1 —— 1023 一般是系统应用或者大众程序监听端口
                     1024 —— 65535 自用端口，建议使用一万以上的端口

二、传输层服务：

    面向连接的传输服务（TCP）
        1.传输特征：提供了可靠的数据传输，可靠性指数据传输过程中无丢失，无失序，无差错，无重复。

        2.实现手段：在通信前建立数据连接（三次握手），通信结束要正常断开连接（四次挥手）。
         
            【1】三次握手（建立连接）：
            client(客户端)                          sever(服务端)
            1.客户端向服务器发送消息报文请求连接；
            2.服务器收到请求后，回复报文确定可以连接；
            3.客户端收到回复后，发送最终报文连接建立。

            【2】四次挥手（断开连接）：                                   

                1.主动方发送报文请求断开连接；
                2.被动方收到请求后，立即回复，表示准备断开；
                3.被动方准备就绪，再次发送报文表示可以断开了；
                4.主动方收到确定，发送最终报文完成断开。

        3.适用情况：对数据传输准确性有明确要求，传输文件较大，需要确保可靠性的情况。比如：网页获，文件下载，邮件收发。

    面向无连接的传输服务（UDP）：

        1.传输特点：不保证传输的可靠性，传输过程没有连接和断开，数据收发自由随意，数据传输效率较高。

        2.适用情况：网络较差，对传输可靠性要求不高，如网络视频、群聊，广播。

三、socket（套接字编程）
 
    1.套接字 基于TCP或UDP协议的编程方案，实现网络编程进行数据传输的一种技术手段。

    2.python去实现套接字编程，只需要import socket，这个socket是python标准模块，不需要另外安装。

    3.套接字分类
        流式套接字（SOCK_STREAM）:特征是以字节流方式传输数据，实现tcp网络传输方案。

        数据报套接字（SOCKET_DGRAM）：以数据报形式传输数据，实现udp网络传输方案。

        面向连接 —— TCP协议 —— 可靠的 —— 流式套接字 —— 字节流形式
        无连接 —— udp协议 —— 不可靠 —— 数据报套接字 —— 数据报形式

cookie:
dir结果中，全大写的可以认为是常量，全都小写的一般是属性变量或者是属性方法（函数），双下则是特殊方法
函数三要素：功能、参数、返回值。设计或了解一个函数从三要素入手。
__init__对象的初始化函数

    4.tcp套接字编程：
        【1】服务端流程：
            服务端是等待被访问的，一个服务端可以同时连接多个客户端。

            1.创建套接字

                sockfd = socket.socket(socket_family = AF_INET,socket_type = SOCK_STREAM,proto = 0)   #socket模块下面还有一个socket类，并不是函数
                功能：创建套接字
                参数：
                    socket_family    网络地址类型   默认值AF_INET表示IPV4   AF_INET6表示IPV6    AF_UNIX表示本地套接字
                    socket_type      套接字类型     默认值SOCK_STREAM表示流式套接字      SOCK_DGRAM表示数据报套接字
                    proto            筛选子协议     通常为0 因为TCP、UDP协议都没有子协议

                返回值：套接字对象 或者说是实例化一个套接字对象

            2.绑定地址

                sockfd.bind(addr)
                功能：绑定本机网络地址
                参数：二元元祖（ip,port） 元祖格式  ('localhost',8888) ('127.0.0.1',8888) ('xxx.xxx.xxx.xxx',8888) ('0.0.0.0',8888)  IP必须为str格式
                没有返回值

            3.设置监听

            sockfd.listen(n)
            功能：将套接字设置为监听套接字，确定监听队列大小  （一个监听套接字可以连接多个客户端，但是连接的过程需要一个一个来，队列就是连接过程有些延迟，让其他想连接但未连接的先等待，linux系统下不管用，因为linux自动设置了队列值，windows下和mac下可以正常使用）
            参数：监听队列大小，必须为整数

            4.等待处理客户端连接请求

            connfd,addr = sockfd.accept()
            功能：阻塞等待处理客户端请求
            返回值：返回了有两个值的元祖
                connfd 客户端连接套接字
                addr 连接的客户端地址

            sockfd 负责连接客户端   connfd负责和客户端通信

            *阻塞函数：程序运行过程中遇到阻塞函数则暂停执行，直到达成某种条件后继续运行

            5.消息收发
            data = connfd.recv(buffersize)
            功能：接受客户端消息，bytes格式
            参数：每次最多接受消息的大小，即多少个字节，是一个整数
            返回值：接收到的内容

            n = connfd.send(data)
            功能：发送消息
            参数：要发送的内容 ，bytes格式
            返回值：发送的字节数

            *
            str >>> bytes   string.encode()
            bytes >>> str    bytes.decode()

            6.关闭套接字
            socket.close()
            功能：关闭套接字

import socket

#创建套接字
sockfd = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#绑定地址
sockfd.bind(('0.0.0.0',9999))
#设置监听
sockfd.listen(3)
#等待处理客户端连接
print('waitting for connect...')
connfd,addr = sockfd.accept()#操作系统帮我们自动完成三次握手
print('connect from:',addr)#打印客户端地址
print('cilenct socket:',connfd)#客户端连接套接字
#收发消息
data = connfd.recv(10240)   #最多接受10240个字节的消息   #如果没有消息接受到，recv也会阻塞
print('Receive messages:',data.decode())#打印接受的消息
mass = input('>>')
n = connfd.send(mass.encode())  #英文也可以在前面加一个b,中文不可以
print('send %d bytes'%n)
#关闭套接字
connfd.close()  #和客户端连接断开，操作系统帮我们完成四次挥手
sockfd.close()

      【2】客户端流程
            1.创建套接字
                必须创建和服务端相同类型的套接字

            2.请求连接
                sockfd.connet(server_addr)
                功能：连接服务器
                参数：元组 服务器地址

            3.收发消息
                注意防止两端阻塞，recv send要配合使用，一方先recv再send，一方先send再recv。

            4.关闭套接字

import socket
#创建套接字
sockfd = socket.socket()
#请求连接
server_addr = (('127.0.0.1',9999))
sockfd.connect(server_addr)
#收发消息
data = input('please input:n>>>')
sockfd.send(data.encode())
if data == 'exit':
socket.close()
data = sockfd.recv(10240)
print('from server:',data.decode())
#关闭套接字

将以上两行代码放到一台主机上，通过使用两个终端窗口即可访问。

最后

以上就是过时镜子为你收集整理的python3 网络编程的全部内容，希望文章能够帮你解决python3 网络编程所遇到的程序开发问题。

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