1. 認識網路程式設計

• 網路程式設計從大的方面來講就是對資訊的傳送到接收，中間傳輸為物理線路的作用。小的方面是指編寫執行在多個裝置（計算機）的程式，這些裝置都通過網路連線起來。

2. IP地址

一個IP地址就是一個32位無符號整數，IP地址通常是以一個稱為點分十進位制表示法來表示。每個位元組由它的十進位制值來表示，並且用句號（英文中的句號）和其它位元組間分開。

• A類：地址範圍1.0.0.1 - 126.255.255.254 —-有126個網路
• B類：地址範圍128.1.0.1 - 191.255.255.254 —-有16384個網路
• C類：地址範圍192.0.1.1-233.255.255.254 —-有2097152個網路
• D類：用於多點廣播
• 私有IP:10.0.0.0-10.255.255.255 , 172.16.0.0-172.31.255.255, 192.168.0.0-192.168.255.255(注意：IP地址127.0.0.1-127.255.255.255用於迴路測試)

3. OSI模型與IP/TCP協議模型

• OSI模型
  開放式系統互聯通訊參考模型（Open System Interconnection Reference Model）簡稱OSI模型，一種概念模型，由國際標準化組織（ISO）提出，一個試圖使各種計算機在世界範圍內互連為網路的標準框架。

ISO模型

• TCP/IP協議
  網際網路協議族（Internet Protocol Suits，縮寫IPS）是一個網路通訊模型，以及一整個網路傳輸協議家族，為網際網路的基礎通訊架構。它常被通稱為TCP/IP協議族（TCP/IP Protocol Suite,或TCP/IP Protocols,）簡稱TCP/IP。因為該協議家族的兩個核心協議：TCP(傳輸控制協議)和IP（網際協議）

TCP/IP協議

4. Socket(套接字)

4.1 Python提供了兩個級別訪問的網路服務

• 低階的網路服務支援基本的Socket，它提供了標準的BSD Sockets API,可以訪問底層作業系統Socket介面的全部方法。
• 高級別的網路服務模組SocketServer , 它提供可伺服器中心類，可以簡化伺服器的開發。

4.2 什麼是Socket?

• Socket 是對TCP/IP協議族的一種封裝，是應用層與TCP/IP協議族通訊的中間軟體抽象層。從設計模式的角度看來，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對使用者來說，一組簡單的介面就是全部，讓socket去組織資料，以符合指定的協議。
• Socket 還可以認為是一種網路間不同計算機上的程序通訊的一種方式，利用三元組（IP地址，協議，埠）就可以唯一標識網路中的程序，網路中的程序通訊可以利用這個標識與其它程序進行互動。
• Socket起源於Unix，Unix/Linux 基本哲學之一就是“一切皆檔案”，都可以用”開啟（open）–>讀寫（write/read）–>關閉（close）”模式來進行操作。因此Socket也被處理為一種特殊的檔案。

4.3 建立socket

• 在python中使用socket模組的函式socket就可以完成：

import socket
socket.socket(AddressFamily,Type)

說明：函式socket.socket建立一個socket，該函式帶有兩個引數
Address Family:可以選擇AF_INET（用於Internet程序間通訊）或者AF_UNIX(用於同一臺機器程序間通訊)，實際工作中常用AF_INET
Type:套接字型別，可以是SOCK_STREAM（流式套接字，主要用於TCP協議）或者SOCK_DGRAM(資料報套接字，主要用於UDP協議)

• 建立一個TCP socket（tcp套接字）

import socket
# 建立tcp的套接字
s= socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# ...這裡是使用套接字的功能

# 不用的時候，關閉套接字

• 建立一個UDP socket(UDP套接字)

import socket

# 建立udp的套接字
s= socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

# ...這裡是使用套接字的功能（省略...）

# 不用的時候，關閉套接字

s.close()

4.4 Socket物件（內建）方法

5. 網路-UDP

• 建立一個udp客戶端程式的流程：
  
  1. 建立客戶端套接字
  2. 傳送/接收資料
  3. 關閉套接字

程式碼如下：

from socket import *

# 1. 建立udp 套接字
udp_socket = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

# 2. 準備接收方的地址
#  192.168.1.100 表示目的IP地址 8080表示目的埠
dest_addr = ("192,.168.1.103" , 8080) # 注意是元組，ip是字串，埠是數字

# 3.從鍵盤獲得資料
send_data = input("請輸入要傳送的資料：")

# 4.傳送資料到指定的電腦上的指定程式中
udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), dest_addr)

# 5.關閉套接字
udp_socket.close()

• udp 網路程式-傳送、接收資料

from socket import *

# 1. 建立udp 套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

# 2. 準備接收方的地址
# 192.168.1.100 表示 目的地址  8080表示目的埠
dest_addr = ("192,168.1.100",8080)

# 3. 從鍵盤獲取資料
send_data = input("請輸入要傳送的資料：")

# 4.傳送資料到指定的電腦上
udp_socket.sendto(send_data.encode("utf-8"), dest_addr)

# 5.等待接收對方傳送的資料
recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) # 2014 表示本次接收的最大位元組數

# 6.顯示對方傳送的資料
# 接收到的資料recv_data 是一個元組
# 第1個元素是對方傳送的資料
# 第2個元素是對方的IP和埠
print(recv_data[0].decode("gbk"))
print(recv_data[1])

# 7.關閉套接字
udp_socker.close()

• python3–程式設計轉換

str  ----> bytes:encode 編碼
# 說明 字串通過編碼成為位元組碼

bytes----> str:decode  解碼
# 說明位元組碼通過解碼成為字串

# 其中decode（）與encode（）方法可以接受引數，其宣告分別為：
bytes.decode(encoding="utf-8",errors="strict")
str.encode(encoding="utf-8",errors="strict")# errors是指錯誤的處理方案。

• udp繫結資訊

# 繫結本地的相關資訊，如果一個網路程式不繫結，則系統會隨機分配
local_addr = （"",7788） # ip地址和埠號，ip一般不用寫，表示本機的任何一個IP
udp_socker.bind(loacl_addr)

• 總結：

  • 一個udp網路程式，可以不繫結，此時作業系統會隨機進行分配一個埠，如果重新執行此程式埠可能會發生變化。
  • 一個udp網路程式，也可以繫結資訊（ip地址，埠號），如果繫結成功，那麼作業系統用這個埠號來進行區別收到的網路資料是否是此程序。

6、網路-TCP

• 定義：TCP協議，傳輸控制協議是一種面向連線、可靠、基於位元組流的傳輸層通訊協議。
• 步驟：TCP通訊需要經過建立連線、資料傳送、終止連線三個步驟

• TCP特點：

  • 面向連線：雙方必須先建立連線才能進行資料的傳輸，雙方都必須為該連線分配必要的系統核心資源，以管理連線的狀態和連線上的傳輸。
  • TCP採用傳送應答機制：傳送的每個報文段都必須得到接收方的應答才認為這個TCP報文段傳輸成功。
  • 超時重傳：在定時時間內沒有收到應答就重新發送這個報文段。
  • 錯誤校驗：tcp用一個校驗和函式來檢驗資料是否有錯誤，在傳送和接收時都要計算校驗和。
  • 流量控制和阻塞管理：流量控制用來避免主機發送得過快而使接收方來不及完全收下。

• TCP與UDP的不同點

  • 面向連線（確定有建立三方交握，連線已建立才作傳輸）
  • 有序資料傳輸
  • 重發丟失的資料包
  • 捨棄重複的資料包
  • 無差錯的資料傳輸
  • 阻塞/流量控制

• TCP模型
  

• TCP客戶端構建流程

  • 建立socket
  • 輸入目的資訊
  • 連結伺服器
  • 接收對方資料
  • 關閉套接字

程式碼：

from socket import *

# 建立socket
tcp_client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

# 目的資訊
sever_ip = input("請輸入伺服器IP:")
sever_port = int (input("請輸入伺服器port:"))

# 連結伺服器
tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port)) # 元組

# 提示使用者輸入資料
send_data = input("請輸入要傳送的資料：")
tcp_client_socket.send(send_data.encode("gbk"))

# 接收對方傳送過來的資料，最大接收1024個位元組
recvData = tcp_client_socket.recv(1024)
print("接收到的資料為：", recvData.decode("gbk"))

# 關閉套接字

tcp_client_socket.close()

執行結果：
請輸入伺服器ip:10.10.0.47
請輸入伺服器port:8080
請輸入要傳送的資料：你好啊
接收到的資料為: 我很好，你呢

• TCP伺服器
  
  • socket建立一個套接字
  • bind 繫結ip和port
  • listen 使套接字變為可以被動連結
  • accept等待客戶端的連結
  • recv/send接收發送資料

程式碼：

from socket import *

# 建立socket
tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

# 本地資訊
address = ('', 7788)

# 繫結
tcp_server_socket.bind(address)

# 使用socket建立的套接字預設的屬性是主動的，使用listen將其變為被動的，這樣就可以接收別人的連結了
tcp_server_socket.listen(128)

# 如果有新的客戶端來連結伺服器，那麼就產生一個新的套接字專門為這個客戶端服務
# client_socket用來為這個客戶端服務
# tcp_server_socket就可以省下來專門等待其他新客戶端的連結
client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()

# 接收對方傳送過來的資料
recv_data = client_socket.recv(1024)  # 接收1024個位元組
print('接收到的資料為:', recv_data.decode('gbk'))

# 傳送一些資料到客戶端
client_socket.send("thank you !".encode('gbk'))

# 關閉為這個客戶端服務的套接字，只要關閉了，就意味著為不能再為這個客戶端服務了，如果還需要服務，只能再次重新連線
client_socket.close()

• tcp注意點
  
  • tcp伺服器一般情況下都需要繫結，否則客戶端找不到這個伺服器
  • tcp客戶端一般不繫結，因為是主動連結伺服器，所以只要確定好伺服器的ip、port等資訊就好，本地客戶端可以隨機
  • tcp伺服器中通過listen可以將socket創建出來的主動套接字變為被動的，這是做tcp伺服器時必須要做的
  • 當客戶端需要連結伺服器時，就需要使用connect進行連結，udp是不需要連結的而是直接傳送，但是tcp必須先連結，只有連結成功才能通訊
  • 當一個tcp客戶端連線伺服器時，伺服器端會有1個新的套接字，這個套接字用來標記這個客戶端，單獨為這個客戶端服務
  • listen後的套接字是被動套接字，用來接收新的客戶端的連結請求的，而accept返回的新套接字是標記這個新客戶端的
  • 關閉listen後的套接字意味著被動套接字關閉了，會導致新的客戶端不能夠連結伺服器，但是之前已經連結成功的客戶端正常通訊。
  • 關閉accept返回的套接字意味著這個客戶端已經服務完畢
  • 當客戶端的套接字呼叫close後，伺服器端會recv解堵塞，並且返回的長度為0，因此伺服器可以通過返回資料的長度來區別客戶端是否已經下線