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🤟作者介紹：中國DBA聯盟(ACDU)成員，CSDN全國各地程式猿（媛）聚集地管理員，目前從事工業自動化軟體開發作業，擅長C#、Java、機器視覺、底層演算法等語言，2019年成立柒月軟體作業室，
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計算機網路基礎

IP地址的介紹

IP地址的概念： ?

• IP地址（Internet Protocol Address）是指互聯網協議地址，又譯為網際協議地址，

• IP地址是IP協議提供的一種統一的地址格式，它為互聯網上的每一個網路和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異，
  
  IP地址的表現形式： ?

• IP 地址分為兩類： IPv4 和 IPv6，

• IPv4 是普遍正在被廣泛使用的IP協議，

• IPv6 是現階段為了解決IPv4地址不夠用的情況而正在普及的下一代IP協議，

• IPv4 是由點分十進制組成，

• IPv6 是由冒號十六進制組成，

IP地址的作用： ?

• IP 地址的作用是標識網路中唯一的一臺設備的，也就是說通過IP地址能夠找到網路中某臺設備，
  
  查看IP地址：

• Linux 和 mac OS 使用 ifconfig 這個命令，

• Windows 使用 ipconfig 這個命令
  

埠和埠號

什么是埠、什么是埠號

• 即為資料傳輸的通道，若將IP地址比作一座房子的地址 ，那么埠就是出入房子的門；

• 然而真正的房子只有幾個門，但是一個IP地址的埠可以有65536個；

• 埠是通過埠號來標記的，埠號只有整數，范圍是從0 到65535，

埠號的分類

• 知名埠：0 - 1023，

• 動態埠：1024 - 65535，

協議

TCP協議

• TCP的概念

• 傳輸控制協議（Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于位元組流的傳輸層通信協議，

TCP通信流程

1、建立連接（三次握手），

2、傳輸資料，

3、關閉連接（四次揮手），

TCP的特點

• 面向連接，

• 可靠傳輸，

UDP協議

• 概念：用戶資料報協議（User Datagram Protocol）是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協議，

UDP的特點

• 面向報文，

• 無連接，

• 吞吐量不受擁擠控制演算法的調節，

socket

• 什么是socket？
  網路套接字（英語：Network socket；又譯網路套接字、網路介面、網路插槽）在計算機科學中是電腦網路中行程間資料流的端點，是一種作業系統提供的行程間通信機制，

• socket的作用
  行程之間網路資料傳輸，

TCP網路開發流程

TCP客戶端程式開發流程

• 流程梳理：

1、創建服務端套接字物件，

2、系結監聽埠，

3、設定監聽，

4、等待客戶端的連接請求，

5、接受資料，

6、回傳資料，

7、關閉套接字，

TCP服務端程式開發流程

• 流程梳理：

1、創建客戶端套接字物件，

2、和服務端套接字建立連接，

3、發送資料，

4、接受資料，

5、關閉客戶端套接字，

TCP網路開發

socket類

Python 中，我們用 socket（）函式來創建套接字，語法格式如下： ?

import socket

socket.socket([family[, type[, proto]]])

• 引數：

• Socket 型別：

• socket類方法：

TCP客戶端程式開發

import socket   # 匯入socket包
if __name__ == '__main__':
    # 創建socket套接字   AF_INET -> 采用IPv4 ；SOCK_STREAM -> 采用TCP傳輸協議
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 與服務端建立連接
    client_socket.connect(('127.0.0.1', 9091))
    # 準備需要發送的資料，使用UTF-8進行編碼
    _data = 'Connect Succces!'.encode('utf-8')
    # 發送資料
    client_socket.send(_data)
    # 獲取服務端回傳資料
    _recv = client_socket.recv(1024)
    # 列印服務端回傳的原始資料
    print('獲得來自服務器的原始資料：', _recv)
    # 對資料進行解碼
    _decode = _recv.decode('utf-8')
    print('獲得來自服務器的資料：', _decode)
    # 關閉socket套接字
    client_socket.close()

TCP服務端程式開發

單任務版： ?

import socket # 匯入socket包
if __name__ == '__main__':
    # 創建socket套接字   AF_INET -> 采用IPv4 ；SOCK_STREAM -> 采用TCP傳輸協議
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 設定啟用埠復用，當程式結束時，立即釋放埠號
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # 系結監聽埠號
    server_socket.bind(("0.0.0.0", 9091))
    # 配置監聽最大等待連接個數
    server_socket.listen(128)
    # 等待客戶端建立連接請求，回傳（conn，info），若無連接則會一直保持阻塞狀態
    # 其中conn由service_socket接收，是與客戶端建立連接的套接字
    # info由client_info接收，是客戶端的地址與埠資訊
    service_socket, client_info = server_socket.accept()
    print('客戶端的IP地址和埠號：', client_info)
    # 獲取客戶端發送的原始資料
    _renv = service_socket.recv(1024)
    # 獲取原始資料的長度
    _length = len(_renv)
    print('接收資料的長度為：', _length)
    # 對原始資料進行解碼
    _decode = _renv.decode('utf-8')
    print('接收客戶端的資料為：', _decode)
    # 準備需要回傳的資料，使用UTF-8進行編碼
    _data = '問題處理中...'.encode('utf-8')
    # 發送資料
    service_socket.send(_data)
    # 關閉服務端與客戶端的套接字
    service_socket.close()
    # 關閉服務端套接字
    server_socket.close()

多任務版： ?

在現實生產環境中，一個服務端不可能只就服務于一個客戶端；通常一個服務端是要能服務多個客戶端，以下是多任務的實作思路：

1、撰寫一個TCP服務端程式，回圈等待接受客戶端的連接請求，

2、當客戶端和服務端建立連接成功，創建子執行緒，使用子執行緒專門處理客戶端的請求，防止主執行緒阻塞，

3、把創建的子執行緒設定成為守護主執行緒，防止主執行緒無法退出，

import socket
import threading
# 客戶端服務處理函式
def handle_client_request(_socket, _info):
    while True:
        # 獲取客戶端發送的原始資料
        _data = _socket.recv(1024)
        # 容器型別判斷是否有資料可以直接使用if陳述句進行判斷，如果容器型別里面有資料表示條件成立，否則條件失敗
        # 容器型別: 串列、字典、元組、字串、set、range、二進制資料
        if _data:
            print(_data.decode("utf-8"), _info)
            # 回復
            _socket.send("資料接收正常...".encode("utf-8"))
        else:
            print("客戶端下線了:", _info)
            break
    # 關閉服務端與客戶端的套接字
    _socket.close()

if __name__ == '__main__':
    # 創建socket套接字   AF_INET -> 采用IPv4 ；SOCK_STREAM -> 采用TCP傳輸協議
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 設定啟用埠復用，當程式結束時，立即釋放埠號
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # 系結監聽埠號
    tcp_server_socket.bind(("", 9090))
    # 配置監聽最大等待連接個數
    tcp_server_socket.listen(128)
    # 回圈等待接收客戶端的連接請求
    while True:
        # 等待客戶端建立連接請求，回傳（conn，info），若無連接則會一直保持阻塞狀態
        # 其中conn由service_socket接收，是與客戶端建立連接的套接字
        # info由client_info接收，是客戶端的地址與埠資訊
        service_socket, client_info = tcp_server_socket.accept()
        print("客戶端連接成功:", client_info)
        # 當客戶端和服務端建立連接成功以后，創建一個子執行緒處理接下來的客戶端訊息
        client_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(service_socket, client_info))
        # 設定守護主執行緒，當主執行緒退出時自動終止子執行緒
        client_thread.setDaemon(True)
        # 啟動子執行緒
        client_thread.start()

網路開發注意點

1、當 TCP 客戶端程式想要和 TCP 服務端程式進行通信的時候必須要先建立連接，

2、TCP 客戶端程式一般不需要系結埠號，因為客戶端是主動發起建立連接的，

3、TCP 服務端程式必須系結埠號，否則客戶端找不到這個 TCP 服務端程式，

4、listen 后的套接字是被動套接字，只負責接收新的客戶端的連接請求，不能收發訊息，

5、當 TCP 客戶端程式和 TCP 服務端程式連接成功后， TCP 服務器端程式會產生一個新的套接字，收發客戶端訊息使用該套接字，

6、關閉 accept 回傳的套接字意味著和這個客戶端已經通信完畢，

7、關閉 listen 后的套接字意味著服務端的套接字關閉了，會導致新的客戶端不能連接服務端，但是之前已經接成功的客戶端還能正常通信，

8、當客戶端的套接字呼叫 close 后，服務器端的 recv 會解阻塞，回傳的資料長度為0，服務端可以通過回傳資料的長度來判斷客戶端是否已經下線，反之服務端關閉套接字，客戶端的 recv 也會解阻塞，回傳的資料長度也為0，

socket中 send 與 recv原理剖析

send原理 ?

Q：send是不是直接把資料發給服務端?

A：不是，要想發資料，必須得通過網卡發送資料，應用程式是無法直接通過網卡發送資料的，它需要呼叫作業系統介面，也就是說，應用程式把發送的資料先寫入到發送緩沖區(記憶體中的一片空間)，再由作業系統控制網卡把發送緩沖區的資料發送給服務端網卡 ，

recv原理 ?

Q：renv是不是直接從客戶端接收資料?

A：不是，應用軟體是無法直接通過網卡接收資料的，它需要呼叫作業系統介面，由作業系統通過網卡接收資料，把接收的資料寫入到接識訓沖區(記憶體中的一片空間），應用程式再從接收快取區獲取客戶端發送的資料，

HTTP協議

什么是HTTP協議 ?

• HTTP協議介紹：

1、HTTP 協議的全稱是(HyperText Transfer Protocol)，翻譯過來就是超文本傳輸協議，

2、超文本是超級文本的縮寫，是指超越文本限制或者超鏈接，比如:圖片、音樂、視頻、超鏈接等等都屬于超文本，

3、HTTP 協議的制作者是蒂姆·伯納斯-李，1991年設計出來的，HTTP 協議設計之前目的是傳輸網頁資料的，現在允許傳輸任意型別的資料，

4、傳輸 HTTP 協議格式的資料是基于 TCP 傳輸協議的，發送資料之前需要先建立連接，

• HTTP協議的作用：

1、規定瀏覽器和web服務器通信的資料格式，

• 瀏覽器訪問Web服務器的通訊程序

什么是URL

什么是URL： ?

1、URL的英文全拼是(Uniform Resoure Locator),表達的意思是統一資源定位符，通俗理解就是網路資源地址，也就是我們常說的網址，

• URL的組成

URL的樣子:

URL的組成部分:

1、協議部分: https://、http://、ftp://，

2、域名部分: news.163.com，

3、資源路徑部分: /18/1122/10/E178J2O4000189FH.html，

域名:

• 域名就是IP地址的別名，它是用點進行分割使用英文字母和數字組成的名字，使用域名目的就是方便的記住某臺主機IP地址，

URL的擴展:

• model遵守Codable協議，

• 用JSONEncoder進行決議，

定義ConvertToStringable協議
protocol ConvertToStringable {
    associatedtype Result: Codable
    var valueString: String { get }
}

extension ConvertToStringable {
    func toString(result: Result) -> String {
        let data = try? JSONEncoder().encode(result)
        guard let da = data else { return "" }
        guard let st = String.init(data: da, encoding: .utf8) else { return "" }
        return st
    }
}

我們使用關聯型別來匹配不同的模型實體,然后我們在每個需要model轉為JSON格式字串的model里擴展一下model： ?

struct UserInfo: Codable {
    var name: String
    var age: Int
    var avator: String
}

extension UserInfo: ConvertToStringable {
    typealias Result = UserInfo
    var valueString: String { return toString(result: self) }
}

查詢引數部分: ?page=1&count=10 ?

• 引數說明:

? 后面的 page 表示第一個引數，后面的引數都使用 & 進行連接，

HTTP請求報文

GET請求報文

---- 請求行 ----
GET / HTTP/1.1  # GET請求方式 請求資源路徑 HTTP協議版本
---- 請求頭 -----
Host: www.smartfox.cc  # 服務器的主機地址和埠號,默認是80
Connection: keep-alive # 和服務端保持長連接
Upgrade-Insecure-Requests: 1 # 讓瀏覽器升級不安全請求，使用https請求
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/84.0.4147.135 Safari/537.36  # 用戶代理，也就是客戶端的名稱
Accept:text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8 # 可接受的資料型別
Accept-Encoding: gzip, deflate # 可接受的壓縮格式
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9 #可接受的語言
Cookie: csrftoken=ZIVKMSEdmdJbowTnXtRPXByIqxK1WF1ronGQXKWdp51WnSvmlRyqsKzZFPAojcLF; sessionid=as3sop6t2igilg76zll45m045udfsoa7; # 登錄用戶的身份標識

---- 空行 ----

也就是說GET請求報文是由以下部分組成的： ?

• 請求行，

• 請求頭，

• 空行，

POST請求報文

---- 請求行 ----
POST /admin.php?next=index.php HTTP/1.1 # POST請求方式 請求資源路徑 HTTP協議版本
---- 請求頭 ----
Host: www.smartfox.cc # 服務器的主機地址和埠號,默認是80
Connection: keep-alive # 和服務端保持長連接
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded  # 告訴服務端請求的資料型別
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/84.0.4147.135 Safari/537.36 # 客戶端的名稱
---- 空行 ----
---- 請求體 ----
username=admin&pass=admin # 請求引數

也就是說POST報文是由以下部分組成： ?

• 請求行

• 請求頭

• 空行

• 請求體

POST與GET之間的區別

• 一個HTTP請求報文可以由請求行、請求頭、空行和請求體4個部分組成，

• GET方式的請求報文沒有請求體，只有請求行、請求頭、空行組成，

• POST方式的請求報文可以有請求行、請求頭、空行、請求體四部分組成，

注意:POST方式可以允許沒有請求體，但是這種格式很少見， ?

HTTP回應報文

HTTP回應報文

--- 回應行/狀態行 ---
HTTP/1.1 200 OK # HTTP協議版本 狀態碼 狀態描述
--- 回應頭 ---
Server: Tengine # 服務器名稱
Content-Type: text/html; charset=UTF-8 # 內容型別
Transfer-Encoding: chunked # 發送給客戶端內容不確定內容長度，發送結束的標記是0\r\n, Content-Length表示服務端確定發送給客戶端的內容大小，但是二者只能用其一，
Connection: keep-alive # 和客戶端保持長連接
Date: Fri, 23 Nov 2018 02:01:05 GMT # 服務端的回應時間
--- 空行 ---
--- 回應體 ---
<!DOCTYPE html><html lang=“en”>…</html> # 回應給客戶端的資料

所以一個成熟的HTTP回應報文是由以下部分組成的： ?

常見HTTP狀態碼

使用Python自帶的HTTP服務器

靜態web服務器是什么

• 可以為發出請求的瀏覽器提供靜態檔案的程式，

• 平時我們瀏覽百度新聞資料的時候，每天的新聞資料都會發生變化，那訪問的這個頁面就是動態的，而我們開發的是靜態的，頁面的資料不會發生變化，

如何搭建Python自帶的靜態Web服務器

在Python3的模塊中，官方加入了http模塊，我們可以直接呼叫運行它，讓他作為提供靜態Web的服務，

• 語法格式：python3 -m http.server [PORT]，

• -m表示運行包里面的模塊，

• 執行這個命令的時候，需要進入你自己指定靜態檔案的目錄，然后通過瀏覽器就能訪問對應的靜態檔案了，

python3 -m http.server 8080

自制靜態Web服務器

回傳固定頁面資料 ?

import socket

if __name__ == '__main__':
    _server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    _server.bind(("", 9091))

    _server.listen(10)

    while True:
        _client, _client_info = _server.accept()

        _request_data = _client.recv(4096)

        print(_request_data)

        with open("static/index.html", 'rb') as _file:
            file_data = _file.read()
            print(file_data)

        response_line = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"

        response_head = "Server: NGINX/14.8\r\n"

        response_body = file_data

        response_data = (response_line + response_head + "\r\n").encode('utf-8') + response_body
        print(response_data)
        _client.send(response_data)

        _client.close()

回傳指定頁面資料 ?

import socket


def init_server():
    _server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    _server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    _server.bind(("", 9091))
    print("Server Listen : 0.0.0.0:9091")
    _server.listen(128)
    return _server


def service_logic(_server):
    _service, _info = _server.accept()
    renv_data = _service.recv(4096)
    if len(renv_data) == 0:
        print('客戶端', _info, '離線')
        _service.close()
        return

    _data = renv_data.decode('utf-8')
    url = _data.split(" ", maxsplit=2)

    uri = url[1]
    print(uri)

    if uri == "/":
        uri = '/index.html'

    try:
        with open("static" + uri, "rb") as _file:
            response_body = _file.read()
    except Exception as e:
        response_line = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"

        response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
        with open("static/error.html", "rb") as _file:
            response_body = _file.read()

        response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode("utf-8") + response_body

        _service.send(response_data)
    else:
        response_line = "HTTP1.1 200 OK\r\n"

        response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
        response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode('utf-8') + response_body

        _service.send(response_data)
    finally:
        _service.close()


if __name__ == '__main__':
    server = init_server()
    while True:
        service_logic(server)

多任務版 ?

import socket
import threading


def init_server():
    _server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    _server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    _server.bind(("", 9091))
    print("Server Listen : 0.0.0.0:9091")
    _server.listen(128)
    return _server


def handle_client(_service, _info):
    renv_data = _service.recv(4096)
    if len(renv_data) == 0:
        print('客戶端', _info, '離線')
        _service.close()
        return

    _data = renv_data.decode('utf-8')
    url = _data.split(" ", maxsplit=2)

    uri = url[1]
    print(uri)

    if uri == "/":
        uri = '/index.html'

    try:
        with open("static" + uri, "rb") as _file:
            response_body = _file.read()
    except Exception as e:
        response_line = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"

        response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
        with open("static/error.html", "rb") as _file:
            response_body = _file.read()

        response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode("utf-8") + response_body

        _service.send(response_data)
    else:
        response_line = "HTTP1.1 200 OK\r\n"

        response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
        response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode('utf-8') + response_body

        _service.send(response_data)
    finally:
        _service.close()


def service_logic(_server):
    _services, _info = _server.accept()

    handle_service = threading.Thread(target=handle_client, args=(_services, _info))
    handle_service.daemon = True
    handle_service.start()


if __name__ == '__main__':
    server = init_server()
    while True:
        service_logic(server)

面向物件版 ?

import socket
import threading


class WebServer(object):
    def __init__(self, addr: str = '0.0.0.0', port: int = 9091) -> None:
        self._server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self._server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
        self._server.bind((addr, port))
        print(f"Server Listen!{addr}:{port}")
        self._server.listen(128)

    def service_logic(self) -> None:
        while True:
            _services, _info = self._server.accept()
            handle_service = threading.Thread(target=self.handle_client, args=(_services, _info))
            handle_service.daemon = True
            handle_service.start()

    @staticmethod
    def handle_client(_service: socket.socket, _info: tuple) -> None:
        renv_data = _service.recv(4096)
        if len(renv_data) == 0:
            print('客戶端', _info, '離線')
            _service.close()
            return

        _data = renv_data.decode('utf-8')
        url = _data.split(" ", maxsplit=2)

        uri = url[1]
        print(uri)

        if uri == "/":
            uri = '/index.html'

        try:
            with open("static" + uri, "rb") as _file:
                response_body = _file.read()
        except Exception as e:
            response_line = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"

            response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
            with open("static/error.html", "rb") as _file:
                response_body = _file.read()

            response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode("utf-8") + response_body

            _service.send(response_data)
        else:
            response_line = "HTTP1.1 200 OK\r\n"

            response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
            response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode('utf-8') + response_body

            _service.send(response_data)
        finally:
            _service.close()


if __name__ == '__main__':
    server = WebServer()
    server.service_logic()

命令列啟動動態系結埠號 ?

import socket
import threading
import sys


class WebServer(object):
    def __init__(self, addr: str = '0.0.0.0', port: int = 9091) -> None:
        self._server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self._server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
        self._server.bind((addr, port))
        print(f"Server Listen!{addr}:{port}")
        self._server.listen(128)

    def service_logic(self) -> None:
        while True:
            _services, _info = self._server.accept()
            handle_service = threading.Thread(target=self.handle_client, args=(_services, _info))
            handle_service.daemon = True
            handle_service.start()

    @staticmethod
    def handle_client(_service: socket.socket, _info: tuple) -> None:
        renv_data = _service.recv(4096)
        if len(renv_data) == 0:
            print('客戶端', _info, '離線')
            _service.close()
            return

        _data = renv_data.decode('utf-8')
        url = _data.split(" ", maxsplit=2)

        uri = url[1]
        print(uri)

        if uri == "/":
            uri = '/index.html'

        try:
            with open("static" + uri, "rb") as _file:
                response_body = _file.read()
        except Exception as e:
            response_line = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"

            response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
            with open("static/error.html", "rb") as _file:
                response_body = _file.read()

            response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode("utf-8") + response_body

            _service.send(response_data)
        else:
            response_line = "HTTP1.1 200 OK\r\n"

            response_header = "Server: PythonWeb1.0\r\n"
            response_data = (response_line + response_header + "\r\n").encode('utf-8') + response_body

            _service.send(response_data)
        finally:
            _service.close()


if __name__ == '__main__':
    args = sys.argv
    if len(sys.argv) != 2:
        print("執行命令如下: python3 xxx.py 8000")
        exit(0)

        # 判斷字串是否都是數字組成
    if not sys.argv[1].isdigit():
        print("執行命令如下: python3 xxx.py 8000")
        exit(0)

    port = int(sys.argv[1])

    server = WebServer(port=port)
    server.service_logic()

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