python 中的socket模块——网络编程（一）

传输协议：

一个完整的计算机由硬件、操作系统、应用软件组成，具备者三个条件，一台计算机可以进行简单的单机游戏：扫雷等等，如果想要和别人一起玩，就需要上网了，甚麽是互联网？互联网的核心就是由一堆协议组成，协议就是标准，比如全世界通用的语言就是英语，大家都通过银行与来交流，互联网协议就是计算机界的英语。所有的计算机都学会了计算机界的英语，所有的计算机就会按照统一的标准来进行交流和交换信息了。传输协议主要是osi七层协议或者是osi五层协议。

osi五层协议

每层的作用以及用到的协议

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C/S和B/S架构

1.硬件C/S架构（打印机）

2.软件C/S架构（互联网中处处是C/S架构，比如QQ）：B/S架构也是C/S架构的一种，B/S是浏览器/服务器

C/S架构的开发主要运用socket。
C/S架构
C：client 客户端
S: sever 服务端

B/S 百度淘宝码云
B：browser 浏览器
S：sever 服务端
B/S 架构中的浏览器也是浏览器，只有安装完成以后，才能用
B/S 是C/S架构中的一种
B/s更好，不用更新，不依赖环境（不依靠于是windows系统，lnuix系统），统一了所有web程序的入口（也就是浏览其他网站，只需要通过浏览器查看也行）
C/S架构：安全性程序比较庞大的时候，要使用B/s架构

socket是什么？

网络编程是编写程序使两台联网的计算机能够通信。两台计算机怎样传递数据，首先需要建立物理连接，即使不熟悉网络编程的，传输原理不太清楚的情况下，可以通过socket编程来实现网络编程
socket原意是插座的意思，在计算机领域socket呗称为套接字，它是计算机之间进行通讯的一种形式和约定方式。通过socket这种约定方式，一台计算机可以接受其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。在日常生活中，我们把插头插到插座上是为了取电，而我们为了使得计算机之间可以机型传输数据，需要连接到互联网，而socket就是用来连接到互联网的工具。
socket的典型应用是web服务器和浏览器：浏览器获得用户输入的url，向服务器发送请求，服务器分析接收到的URL,将对应的网页但还给浏览器，浏览器在经过解析与渲染，就将文字、图片、视频等元素传递给用户。
socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。
socket简练的说是：建立连接和传递数据，下图是一个完整的socket通信图

socket与file的区别：
file是指定某个文件进行打开和关闭
socket模块是针对服务器端和客户端 socket进行打开、读写和关闭

TCP协议和UDP协议

TCP协议 ·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。
特点：面向连接，可靠，速度慢，长度不受限，全双工，流式传输，主要用于文件传输，邮件，实时传输

（打电话比较可靠）面向连接，速度比较慢（比如打电话需要时间）

#两边衔接通，再通信

#占用一个连接

#挂掉电话之后就不能继续说话

官方定义：首先建立连接，其次消息传递，最后断开连接

建立连接的时候，三次握手

断开连接的时候四次挥手

TCP协议应用于文件的上传和下载，发邮件，网络云盘，扣扣远程协助

TCP数据连接的信息不受数据长度的限制（比如打电话可以打好长时间）

UDP协议（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)。
特点：无连接，面向数据报，不可靠，速度快，长度受限制，一对一，多对多，主要用于短消息类，在线观看视频

             发短信   （不可靠）面向数据报   速度快（比如发短信联系，可以进行群发）

#不管对方在不在线

#不沾连接

#随时可以收消息

UDP协议应用于即时通讯工具：扣扣，微信

Udp能够传递的数据信息有限（比如发短信信息时，多了就必须转文件）

基于TCP的套接字

TCP是基于连接之上的秒首先需要建立连接，必须线启动服务端，然后再启动客户端去连接服务端

#TCP sever服务器端
from socket import socket,AF_INET,SOCK_STREAM
sk=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
sk.bind(("127.0.0.1",9001))       #地址和端口，地址和端口要以元组的形式存在
sk.listen()                             # 开始监听链接，主要是看有没有请求链接
coon,addr=sk.accept()          #接受客户端连接
msg=coon.recv()                #接受对方发来的信息
print(msg)                          #打印出客户端发来的信息
coon.send(b'hello')            #向客户端回复信息
coon.close()                        #关闭客户端的套接字，表示不在于这个客户端进行联系
sk.close()                              #关闭服务器的套接字

#TCP  客户端
from socket import socket,AF_INET,SOCK_STREAM
sk=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
sk.connect(("127.0.0.1",9001))   #和服务端的ip地址和端口建立链接
sk.send(b"hello")                         #已经建立链接开始发送数据
msg=sk.recv(1024).decode("utf-8")    #这是在接受数据
sk.close()                                              #关闭客户端套接字，表示不在于服务端进行链接数据

我们也可以用一个简单的例子，来了解TCP协议的通讯

#TCP服务端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)  #电话卡
BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机conn,addr=s.accept()            #手机接电话
# print(conn)
# print(addr)
print('接到来自%s的电话' %addr[0])msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
print(msg,type(msg))conn.send(msg.upper())          #发消息,说话conn.close()                    #挂电话s.close()                       #手机关机服务端

TCP客户端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)s.connect_ex(ip_port)           #拨电话s.send('linhaifeng nb'.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
print(feedback.decode('utf-8'))s.close()                                       #挂电话客户端

TCP协议中的三次握手 #传输控制协议（Transmission Control Protocol）

面试题：三次握手的原理
第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

第一次握手：主机A发送位码为 syn＝1,随机产生seq number=1234567的数据包到服务器，主机B由syn=1知道，A要求建立联机；
第二次握手：主机B收到请求后要确认联机信息，向A发送ack number=(主机A的seq+1),syn=1,ack=1,随机产生seq=7654321的包
第三次握手：主机A收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及位码ack是否为1，若正确，主机A会再发送ack number=(主机B的seq+1),ack=1，主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。
完成三次握手，主机A与主机B开始传送数据。

三次握手的面试题：
1、三次握手是TCP协议建立连接的过程
2、由客户端发送有一个syn请求，服务端接受并发送（SYN/ACK）,客户端收到（SYN/ACK）再回复一个确认（ACK）
3、在原生的socket代码中三次握手由accept和connect来完成

TCP协议的四次挥手：（即在关闭文件的时候需要经历四次挥手）四次挥手的流程图

四次挥手告别的原理（面试题）：
中断连接端可以是Client端，也可以是Server端。
假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说"我Client端没有数据要发给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，“告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，“告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了”。Client端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，“就知道可以断开连接了”。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！

面试题：为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

面试题：为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文（segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文，而ip头中有一个TTL域，TTL是time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。
2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系，MSL要大于等于TTL。

面试题：如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

面试题：为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。