Python之socket编程(53)

小朋友们好，大朋友们好！

我是猫妹，一名爱上Python编程的小学生。

和猫妹学Python，一起趣味学编程。

今日主题

今天的内容比较多哦，主要是网络编程的一些入门知识。

这些知识在互联网发展过程中很重要，猫妹抛砖引玉。

OSI七层模型和TCP/IP四层模型

IP地址和端口

TCP/UDP

socket

Python实现TCP服务器客户端

Python实现UDP服务器客户端

OSI七层模型和TCP/IP四层模型

OSI七层模型和TCP/IP四层模型是互联网通信的基石，我们之所以可以愉快地上网，底层就是它的功劳。

它们在底层默默工作，我们仿佛感觉不到它的存在。其实底层的设计和实现汇集了众多人类的智慧。

OSI七层模型和TCP/IP四层模型都是网络通信中常用的分层架构。

OSI七层模型更加详细，涵盖了更多的功能和细节；而TCP/IP四层模型则更加简洁明了，便于理解和应用。

下面分别对它们进行简要介绍：

OSI七层模型：

OSI(Open Systems Interconnection)是一种定义了网络通信协议栈的国际标准。它将网络通信分为七个层次，每一层都有特定的功能和任务。从底层到顶层分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

* 物理层：负责在物理媒介上传输比特流，主要涉及硬件接口和信号传输。

* 数据链路层：负责在相邻节点之间建立可靠的数据传输通路，实现数据的分组和错误检测。

* 网络层：负责将数据包从源节点发送到目的节点，实现端到端的连接。

* 传输层：负责控制和管理数据传输过程中的流量控制、错误恢复和数据重组等。

* 会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。

* 表示层：负责数据的格式转换、加密和解密等。

* 应用层：负责为用户提供各种网络应用服务，如电子邮件、文件传输、远程登录等。

TCP/IP四层模型：

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是一种广泛应用于互联网的分层架构。它将网络通信分为四个层次，每一层都有特定的功能和任务。从底层到顶层分别是：网络接口层、网际层、传输层和应用层。

* 网络接口层：负责处理数据包的物理介质(如以太网、Wi-Fi等)以及地址和路由选择等问题。

* 网际层：负责在不同网络之间建立逻辑连接，实现端到端的数据传输。

* 传输层：负责控制和管理数据传输过程中的流量控制、错误恢复和数据重组等。

* 应用层：负责为用户提供各种网络应用服务，如电子邮件、文件传输、远程登录等。

IP地址和端口

我们要上网，离不开两个东西，一个是IP地址，一个是端口。

IP地址和端口是网络通信中两个重要的概念，它们共同用于在互联网上唯一标识一个设备或应用服务。

IP地址用于在数据包头中指明源设备的地址，而端口号则用于在网络上唯一标识一个应用服务。

IP地址唯一标识一台连接在互联网上的电脑。

IP(Internet Protocol)地址是一个32位的二进制数，用于在互联网上唯一标识一个设备。

IP地址分为IPv4和IPv6两种格式。

IPv4地址通常以点分十进制表示法(如192.0.2.1),而IPv6地址则采用冒号分隔的128位十六进制数(如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)。

IP地址用于在数据包头中指明源设备的地址，以便接收方能够将数据包正确地发送到目标设备。

有了IP地址还不够，一台电脑有许多应用程序，端口用于区分应用程序。

端口(Port)是网络通信中设备之间进行通信的逻辑接口。

取值0~65535,0~1023系统占用，其他端口应用程序随机分配。

每个应用程序都使用一个唯一的端口号来标识自己的通信服务。

常见的端口号有80(HTTP)、21(FTP)、25(SMTP)、3306(MySQL)等。

TCP和UDP

TCP和UDP位于TCP/IP四层模型中的传输层。

TCP(Transmission Control Protocol)特点：

可靠性高：TCP是一种面向连接的协议，它通过建立可靠的连接来保证数据传输的可靠性。当数据包在传输过程中丢失或损坏时，TCP会进行重传，直到数据被完全接收。

流控制：TCP使用滑动窗口机制来控制数据的发送速率，避免网络拥塞。发送方会根据接收方的缓冲情况动态调整发送速率。

有序性：TCP保证数据包的顺序性和完整性，确保接收方能够按照正确的顺序接收到数据。

适用场景：TCP适用于需要可靠数据传输的应用场景，如文件传输、电子邮件等。

UDP特点：

不可靠性高：UDP是一种无连接的协议，它不保证数据传输的可靠性。当数据包在传输过程中丢失或损坏时，UDP不会进行重传，而是直接丢弃。

快速性：UDP没有复杂的控制流程，因此具有较快的传输速度和较低的延迟。

无序性：UDP不保证数据包的顺序性和完整性，接收方可能收到乱序的数据包。

适用场景：UDP适用于对实时性要求较高、不需要可靠数据传输的应用场景，如视频流媒体、在线游戏等。

TCP就像打电话，对方必须在线才能通过。

UDP就像写信，写好直接发送就是了。

没有优劣，各有千秋。

socket

TCP/UDP是很复杂的，为了使应用开发更简单。

在应用层和TCP/UDP之间有一层，叫socket。

Socket(套接字)是计算机网络编程中的一种通信机制，用于实现不同计算机之间的数据传输。

简单来说，Socket就是一种用于建立网络连接的抽象接口，它允许程序员通过网络协议进行数据传输。

在网络编程中，Socket通常由两部分组成：客户端和服务器端。

客户端发送数据到服务器端，而服务器端接收并处理这些数据。

Socket通信可以基于TCP(传输控制协议)或UDP(用户数据报协议)两种不同的协议。

使用Socket进行网络编程需要以下步骤：

1. 创建Socket对象：首先需要创建一个Socket对象，指定要使用的协议类型。

2. 绑定Socket:将Socket与特定的IP地址和端口号绑定在一起，以便客户端能够找到服务器端。

3. 连接Socket:当客户端想要与服务器端通信时，需要建立连接。这可以通过调用Socket对象的connect()方法来实现。

4. 发送和接收数据：一旦连接建立成功，就可以使用Socket对象的send()和recv()方法来发送和接收数据。

5. 关闭Socket:当通信完成后，需要关闭Socket对象以释放资源。

总之，Socket是网络编程中非常重要的一个概念，它提供了一种通用的、跨平台的通信机制，使得程序员可以轻松地实现不同计算机之间的数据传输。

Python实现TCP服务器客户端

TCP客户端服务器交互流程图：

socket关键函数介绍：

函数

描述

socket()

获取socket类对象

bind((hostname, port))

在指定主机的端口绑定监听

listen()

在绑定端口上开启监听，参数表示最大等待建立连接的个数

accept()

等待客户端连接，连接后返回客户端地址

send(data)

发送数据，data 是二进制数据

recv(buffer)

表示接收数据, buffersize 是每次接收数据的长度

close()

关闭套接字连接

connect((hostname, port))

设置要连接的主机名称与端口号

TCP协议客户端服务器代码测试：

注：服务端可以持续监听连接，客户端下线，服务端自动断开连接。客户端再次上线，服务端建立连接。

Python实现UDP服务器客户端

UDP客户端服务器交互流程图：

客户端流程:

1. 导入包socket
2. 创建一个套接字
3. 收发消息(优先发送)
4. 关闭套接字

服务器流程:

1. 导入包socket
2. 创建一个套接字
3. 绑定信息
4. 收发消息(优先接收)
5. 关闭套接字

UDP协议客户端服务器代码测试：

需要代码的小伙伴，可从和猫妹学Python，下图第一名平台的次条推文获取哦！

平台太多了，代码排版太耗时了。

好了，我们今天就学到这里吧！

如果遇到什么问题，咱们多多交流，共同解决。

我是猫妹，咱们下次见！