Python之网络编程

一、引子

问题1：如果你写了两个python文件a.py和b.py，分别去运行，那你就会发现，这两个python文件分别运行的很好。但是如果两个程序之间互相传输数据，那你要怎么做呢？

问题2:如果a.py和b.py分别在不同电脑上的时候，互相传递数据，你要怎那么做呢？

类似的机制有计算机网盘，qq等等。我们可以在我们的电脑和别人聊天，可以在自己的电脑上向网盘中上传，下载数据。这些都是两个程序在通信。

二、软件开发架构

我们了解的涉及到两个程序之间通讯的应用大致可以分为两种：

1. 应用类：qq、微信，网盘，优酷等都属于需要安装的桌面应用
2. web类：比如百度、知乎、博客园等使用浏览器访问就可以直接使用的应用

这些应用的本质其实都是两个程序之间的通讯。而这两个分类又对应了两个软件开发的架构～

C/S架构

C/S即：Client与Server ，中文意思：客户端与服务器端架构，这种架构也是从用户层面（也可以是物理层面）来划分的。

这里的客户端一般泛指客户端应用程序EXE，程序需要先安装后，才能运行在用户的电脑上，对用户的电脑操作系统环境依赖较大。

B/S架构

B/S即：Browser与Server,中文意思：浏览器端与服务器端架构，这种架构是从用户层面来划分的。

Browser浏览器，其实也是一种Client客户端，只是这个客户端不需要大家去安装什么应用程序，只需在浏览器上通过HTTP请求服务器端相关的资源（网页资源），客户端Browser浏览器就能进行增删改查。

三、网络基础

一个程序如何在网络上找到另一个程序？

首先，程序必须要启动，其次，必须有这台机器的地址，我们都知道我们人的地址大概就是国家\省\市\区\街道\楼\门牌号这样字。那么每一台联网的机器在网络上也有自己的地址，它的地址是怎么表示的呢？

就是使用一串数字来表示的，例如：1.0.0.1

接下来需要普及下知识了：

1. 什么是IP地址

IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数（01100100.00000100.00000101.00000110）。

1. 什么是端口

"端口"是英文port的意译，可以认为是设备与外界通讯交流的出口。

ps：因此ip地址精确到具体的一台电脑，而端口精确到具体的程序。

osi五层模型详解

四、套接字(socket)的发展史

套接字起源于20世纪70年代加利福大学伯克利分校版本的Unix，即人们所说的BSD Unix。因此，有时人们也把套接字称为"伯克利套接字”或“BSD 套接字"。一开始，套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯或IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。

1. 基于文件类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

1. 基于网络类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET

(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

五、tcp协议和udp协议

TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向连接的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；电子邮件、文件传输程序。

UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

我知道说这些你们也不懂，直接上图。

六、套接字（socket）初使用

基于TCP协议的socket

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

server端

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1',8080))   # 把地址绑定到套接字
server.listen(5)         # 监听链接
conn,addr = server.accept()   # 接受客户端链接
mgs = conn.recv(1024)   # 接收客户端信息
print(mgs)
conn.send(b'hi')    # 想客户端发送消息
conn.close()     # 关闭客户端套接字
server.close()    # 关闭套接字服务器

client端

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)   # 创建客户端套接字

client.connect(('127.0.0.1',8080))  # 尝试连接服务器
client.send(b'hello')    # 向服务器发送消息
res = client.recv(1024)    # 对话(接收)
print(res)
client.close()

基于UDP协议的socket

udp是无链接的，启动服务之后可以直接接受消息，不需要提前建立链接

简单使用

server端

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)  # 创建一个服务器的套接字
server.bind(('127.0.0.1',8080))   # 绑定服务器套接字
mgs,addr = server.recvfrom(1025)  # 接收
print(mgs)
server.sendto(b'hi',addr)    # 发送
server.close()

client端

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8080)
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)

socket参数详解

1. family   地址系列应为AF_INET(默认值),AF_INET6,AF_UNIX,AF_CAN或AF_RDS。（AF_UNIX 域实际上是使用本地 socket 文件来通信）
2. type 套接字类型应为SOCK_STREAM(默认值),SOCK_DGRAM,SOCK_RAW或其他SOCK_常量之一。
   SOCK_STREAM 是基于TCP的，有保障的（即能保证数据正确传送到对方）面向连接的SOCKET，多用于资料传送。 
   SOCK_DGRAM 是基于UDP的，无保障的面向消息的socket，多用于在网络上发广播信息。
3. proto    协议号通常为零,可以省略,或者在地址族为AF_CAN的情况下,协议应为CAN_RAW或CAN_BCM之一。
4. fileno   如果指定了fileno,则其他参数将被忽略,导致带有指定文件描述符的套接字返回。与socket.fromfd()不同,fileno将返回相同的套接字,而不是重复的。这可能有助于使用socket.close()关闭一个独立的插座。