Python之socket编程(53)

news2024/11/28 10:57:15

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