TCP/IP简介

计算机为了联网，就必须规定通信协议，早起的计算机网络。就是由各厂商自己规定一套协议，IBM、Appe和Microsoft都有各自的网络协议，互不兼容，这就好比一群人有的说英语，有的说中文，有的说德语，说同一种语言的人可以交流，不同语言之间就不行了。

为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来，就必须规定一套全球通用的协议，为了实现互联网这个目标，互联网协议簇就是通过协议标准。internet是由inter和net两个单词组合起来的，愿意就是连接“网络”的网络，有了internet，任何私有网络，只要支持这个协议，就可以联入互联网。

因为互联网协议包含了上百种协议标准，但是最重要的两个协议是TCP和IP协议，所以，大家把互联网的协议简称TCP/IP协议。

通信的时候，双方必须知道对方的标识，好比发邮件必须知道对象的邮件地址。互联网上每个计算机的唯一标识就是IP地址，类似 123.123.123.123 。如果一台计算机同时接入两个或更多的网络，比如路由器，它就会有两个或多个IP地址，所以IP地址对应的实际上是计算机的网络接口，通常是网卡。

IP协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机。数据被分割成一小块一小块，然后通过IP包发送出去，由于互联网链路复杂，两台计算机之间经常有多条线路，因此，路由器就负责决定如何把一个IP包转发出去。IP包的特点是按块发送，途径多个路由，但不保证能到达，也不保证顺序到达。

IP地址实际上是一个32位整数（称为IPv4），以字符串表示的IP地址

如192.168.0.1实际上是把32位整数按8位分组后的数字表示，目的是便于阅读。

IPv6地址实际上一个128位整数，它是目前使用的IPv4的升级版，以字符串表示类似于 2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334 。

TCP协议则是建立在IP协议之上的。TCP协议负责在两台计算机之间建议可靠连接，保证数据包按顺序到达。TCP协议会通过握手建议连接，然后，对每个IP包编号，确保对方按顺序收到，如果包丢掉了，就自动重发。

许多常用的更高级的协议都是建立在TCP协议基础上的，比如用于浏览器的HTTP协议、发送邮件的SMTP协议等。

一个TCP报文除了包含要传输的数据外，还包含源IP地址和目标IP地址，源端口和目标端口。

端口有什么作用？ 在两台计算机通信时，只发IP地址是不够的，因为同一台计算机上是跑着多个网络程序。一个TCP报文来了之后，到底是交给浏览器还是QQ，就需要端口号来区分。每个网络程序都向操作系统申请唯一的端口号，这样，两个进程在两台计算机之间建立的网络连接就需要各自的IP地址和各自的端口号。

一个进程也可能同时与多个计算机建立链接，因此它会申请很多端口。

端口号分类：

计算机中的端口号的范围是 0~65535 之间

端口号根据其使用场景，一般区分为公用端口、动态端口、保留端口

公用端口：0~1023

动态端口：1024~65535

保留端口：一般是unix系统中超级用户进程分配保留端口号

常见端口号：

21     FTP 文件传输端口

22     ssh 服务端口

23     telnet 服务端口

25     smtp 邮件服务端口

80     http 超文本传输协议端口

110     pop3 邮局协议端口

115    sftp安全文件传输协议端口

443    https安全超文本传输协议端口

more:更多端口请参考网络资料

remark:查看当前主机正在使用端口号：netstat –ano

remark:查看当前主机中某个端口号是否被使用：netstat -ano | findstr port

TCP编程

socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个socket表示 打开了一个网络链接 ，而打开一个scoket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。

客户端

大多数链接都是可靠的TCP链接。创建TCP连接时，主动发起连接的叫客户端，被动响应连接的叫服务器。

举个例子，当我们在浏览器中访问新浪时，我们自己的计算机就是客户端，浏览器会主动向新浪的服务器发起连接。如果一切顺利，新浪的服务器接受了我们的连接，一个TCP连接就建立起来了，后面的通信就是发送网页内容了。

所以，我们要创建一个基于TCP连接的socket，可以这样做：

# 导入socket库

import socket

# 创建一个socket

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# 建立连接

s.connect(('www.sina.com.cn',80))

创建scoket时，AF_INETZ   指定使用IPv4协议，如果要用更先进的IPv6，就指定为 AF_INET6。SOCK_STREAM 指定使用面向流的TCP协议，这样，一个socket对象就创建成功，但是还有建立连接。

客户端要主动发起TCP连接，必须知道服务器的IP地址和端口号。新浪网站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn 自动转换到IP地址，但是怎么知道新浪服务器的端口号呢？

答案是作为服务器，提供什么样的服务，端口号就必须固定下来。由于我们想要访问网页，因此新浪提供网页服务的服务器必须要端口号固定在80端口，因为80端口是Web服务的标准端口。其他服务都有对应的标准端口号，例如SMTP服务是25端口，FTP服务是21端口，等等。

端口号小于1024的是internet标准服务的端口，端口号大于1024的可以任意使用。

因此我们连接新浪服务器的代码如下：

s.connect(('www.sina.com.cn',80))

注意参数是一个tuple，包含地址和端口号。建立TCP连接后，我们就可以向新浪服务器发送请求，要求返回首页的内容：

# 发送数据

s.send(b'GET/HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

TCP连接创建时双向通道，双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发，怎么协调，要根据具体的协议来决定。例如，HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器，服务器收到后才发数据给客户端。

发送的文本格式必须符合HTTP标准，如果格式没问题，接下来就可以接收新浪服务器返回的数据了：

# 接收数据：

buffer = []

while True:

        # 每次最多接收1K字节

        d = s.recv(1024)

        if d:

                buffer.append(d)

        else:

                break

data = b''.join(buffer)

接收数据时，调用recv(max)方法，一个最多接收指定的字节数，因此，在一个while循环中反复接收，知道recv()返回空数据，表示接收完毕，退出循环。

当我们接收完数据后，调用close()方法关闭socket,这样，一次完整的网络通信就结束了：

# 关闭连接

s.close()

接收到的数据包括HTTP头和网页本身，我们只需要把HTTP头和网页分离一下，把HTTP头打印出来，网页内容保存到文件：

header,html = data.split(b'\r\n\r\n',1)

print(header.decode('utf-8'))

# 把接收的数据写入文件

with open ('sina.html','wb') as f:

        f.write(html)

现在，只需要在浏览器中打开这个sina.html文件，就可以看到新浪的首页了。

服务器

和客户端编程相比，服务器编程就要复杂一些。

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了，服务器就与该客户端建立socket连接，随后的通信就靠这个socket连接了。

所以，    服务器会打开固定端口（比如80）监听，每来一个客户端连接，就创建该socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接，所以，服务器要能够区分一个socket连接是和哪个客户端绑定的。一个socket依赖4项：服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端的请求，所以，每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理，否则，服务器一次就只能服务一个客户端了。

我们来编写一个简单的服务器程序，它接收客户端连接，把客户端发来过的字符串加上Hello再发回去

首先，创建一个基于IPv4和TCP协议的socket：

s = socket.socket(scoket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

然后，我们要绑定监听的地址和端口。服务器可能 有多块儿网卡，可以绑定在某一块网卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0 绑定到所有的网络地址，还可以用127.0.0.1 绑定到本机地址，127.0.0.1 是一个特殊的IP地址，表示本机地址，如果绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能连接，也就是说，外部的计算机无法连接进来。

端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务，所以用9999 这个端口号。请注意，小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定：

# 监听端口：

s.bind('127.0.0.1',9999)

紧接着，调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量：

s.listen(5)

print("waiting for connetion...")

接下来，服务器程序通过一个永久循环来接受来自客户端的连接，accept()会等待并返回一个客户端的连接：

while True:

        # 接受一个新连接

        sock,addr = s.accept()

        # 创建新线程来处理TCP连接

        t = threading.Thread(target = tcplink, args = (sock,addr))

        t.start()

每个连接都必须创建新线程（或进程）来处理，否则，单线程在处理连接的过程中，无法接受其他客户端的连接

def tcplink(sock,addr):

        print("Accept new connection from %s:%s..." % addr)

        sock.send(b'welcome!')

        while True:

                data = sock.recv(1024)

                time.sleep(1)

                if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':

                        break 

                sock.send(('hello,%s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))

        sock.close()

        print("Connection from %s:%s closed." % addr)

连接建立后，服务器首先发一条欢迎消息，然后等待客户端数据，并加上Hello再发送给客户端。如果客户端发送了exit字符串，就直接关闭连接。

要测试这个服务器程序，我们还需要编写一个客户端程序：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 建立连接:

s.connect(('127.0.0.1',9999))

# 接收欢迎消息:

print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

fordatain[b'Michael',b'Tracy',b'Sarah']:

        # 发送数据:

        s.send(data) 

        print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

s.send(b'exit')

s.close()

我们需要打开两个命令行窗口，一个运行服务器程序，另一个运行客户端程序，就可以看到效果了：

需要注意的是，客户端程序运行完毕就退出了，而服务器程序会永远运行下去，必须按Ctrl+C退出程序。

小结

用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单，对于客户端，要主动连接服务器的IP和指定端口，对于服务器，要首先监听指定端口，然后，对每一个新的连接，创建一个线程或进程来处理。通常，服务器程序会无限运行下去。

同一个端口，被一个Socket绑定了以后，就不能被别的Socket绑定了。

udp编程

TCP是建立可靠连接，并且通信双方都可以以流的形式发送数据。相对TCP，UDP则是面向无连接的协议。

使用UDP协议时，不需要建立连接，只需要知道对方的IP地址和端口号，就可以直接发数据包。但是，能不能到达就不知道了。

虽然用UDP传输数据不可靠，但它的优点是和TCP相比，速度快，对于不要求可靠到达的数据，就可以使用UDP协议。

我们来看看如何通过UDP协议传输数据。和TCP类似，使用UDP的通信双方也分为客户端和服务器，服务器首先需要绑定端口：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 绑定端口:

s.bind(('127.0.0.1',9999))

创建socket时，SOCK_DGRAM指定了这个socket 的类型是UDP。绑定端口和TCP一样，但是不需要调用listen()方法，而是直接接受来自任何客户端的数据：

print('Bind UDP on 9999...')

whileTrue:

        # 接收数据:

        data, addr = s.recvfrom(1024)

        print('Received from %s:%s.'% addr) 

         s.sendto(b'Hello, %s!'% data, addr)

recvfrom() 方法返回数据和客户端地址与端口，这样，服务器受到数据后，直接调用sendto() 就可以把数据用UDP发给客户端。

注意这里省掉了多线程，因为这个例子很简单。

客户端使用UDP时，首先仍然创建基于UDP的socket，然后，不需要调用connnect(), 直接通过sendto() 给服务器发数据：

s = socket.socket(socket.AF_INET,socekt.SOCK_DGRAM)

for data in [b'Micjael' , b'Tracy' , b'Sarah']:

        # 发送数据

        s.sendto(data, ('127.0.0.1',9999))

        # 接收数据

        print(s.recv(1024).decode('utf-8')

s.close()

从服务器接收数据仍然调用recv()方法。

仍然用两个命令行分别启动服务器和客户端测试，结果如下：

小结

UDP的使用与TCP类似，但是不需要建立连接。此外，服务器绑定的UDP端口和TCP端口互不冲突，也就是说，UDP的9999端口与TCP的9999端口可以各自绑定