这是我参与 {第三届青训营-后端场}笔记创作活动的第3篇笔记~

基础知识

         实现计算机间的通讯，首先要知道双方的IP地址。（连接到互联网的每台主机都需要分配32bit的全球唯一标识，即IP地址）IP地址是用来唯一标识计算机的一串编号，目前的主流版本是IPv4（通过点分十进制表示，形如192.168.0.1，占4B），但是由于科技的发展、时代的进步，终将会出现IP地址枯竭的可能性，因此亦要知道目前推广的IPv6版本。

        那么问题来了，知道了IP地址就可以实现端对端的通讯了吗？其答案是否定的。试想以下，阁下的笔记本上安装了多个通信软件，那么从网络上接收到数据包时，如何实现正确交付给上层软件呢？其实，这一点也很好解决，引入端口号来标识应用进程。端口号不是什么玄乎的东西，就是为了解决以上场景问题的。端口号长度16bit（表示范围0-65535），端口只具有本地意义，是用来标识阁下笔记本应用程序的，互联网上的不同计算机端口号没有联系。根据端口号的范围，可以将端口分为两类：服务端使用的端口号和客户端使用的端口号。

1）服务端使用的端口号又分为两类，数值0-1023是熟知端口号，它们是IANA（互联网地址指派机构）已经指派给了TCP/IP最重要的应用程序，另一类称为登记端口号，数值为1024-49151，它们是提供给没有熟知端口号的应用程序使用的，但是使用之前应该在IANA登记，避免重复。

下面是一些常用的熟知端口号，应该牢记于心。

应用程序	FTP	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	SNMP
熟知端口	21	23	25	53	69	80	161

2）客户端用的端口号，数值为49152~65535。这类端口仅在客户端程序运行时动态选择的，又称为短暂端口号（临时端口号），通信结束后又可以分配给其他客户进程使用，非常方便。

        上面已经介绍了IP和端口号，已经可以很好实现通信双方的数据正确交付问题，但是，我们再考虑以下场景：我们平时看电视、网络直播的时候是不是会出现卡顿？等到卡顿结束后是不是发现一部分页面丢失了？但是我们可能觉得丢失一部分页面没有关系，但是总体上要保持实时同步。又试想我们发送邮件，如果丢失了一部分信息，接收方是不是可能不知道我们的意图？这时候就需要保证数据不丢失、可靠。引入TCP和UDP这两种数据传输协议，目的就是为了适用于不同的场景。

       UDP的特点如下：

            1）UDP无须建立连接，因此不会引入建立连接的时延

            2）无连接状态，不需要追踪收发缓存拥塞控制参数、序号和确认号

            3）没有拥塞控制，网络状态不佳也不会影响主机的发送效率

    TCP的特点如下：

            1）提供可靠的交付服务，可以保证数据无差错、不丢失、不重复和有序

            2）提供全双工通信，允许收发双方任意时刻发送数据，因此需要设有缓存来临时存放双向通信数据

                TCP是面向连接的协议，因此每个TCP连接都需要有三个阶段：连接建立、数据传送和连接释放。

       在现实中，UDP的传输方式更受到开发人员的青睐，就是因为UDP具有1）无需耗时建立连接；2）不用维持连接状态；

        Socket介绍：

            socket(套接字)，是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元，可以看作不同主机之间进程进行双向通信的端点。

        类比例子： IP和端口号就如同寄快递的目的地址，TCP/UDP如同挑选了快递公司，socket就相当于快递员，实现快递的收发。

实验

        实验环境：Ubuntu20.10+Python3   &   Windows10 + NetAssist（该链接提供软件下载）

        NetAssist软件介绍：

            

           Socket实现发送数据：      

            socket起源于Unix,对于Unix而言，一切皆文件，因而对于socket的操作亦有打开（创建）、编辑（执行）、关闭的类似操作。

# 1. 导入模块socket
# 2. 创建套接字socket.socket(AddressFamily,TransportType)
#    2.1 AddressFamily(地址族)
#        socket.AF_INET   -->IPv4    socket.AF_INET6    -->IPv6
#    2.2 socket.SOCK_STREAM   -->TCP方式，因为TCP面向字节流   
#        socket.SOCK_DGRAM    -->UDP方式，UDP面向数据包
# 3. sendTo(str,("IP",port))   
#    3.1 str需要encode() 数据需要编码成二进制方式
#    3.2 ("IP",port) 使用元组方式指定接收方的IP和端口号
# 4. close()使用结束需要关闭

# 1.引入模块
import socket
# 2. 创建套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 3. 发送数据
udpsocket.sendto("What is up?".encode(),("192.168.150.1", 8080))
# 4. 关闭套接字
udp_socket.close()

socket接收数据： socket接收数据通过recvfrom()方法进行接受数据，返回的结果是一个元组，数据是二进制类型。

# 1. 导入模块 socket
import socket
# 2. 创建套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 3. 发送数据
udp_socket.sendto("what is up? Dear my friend.".encode(), ("192.168.150.1", 8080))
# 4. 接收数据
#    4.1 recvfrom(1024) 设置缓冲区大小为1kB, 就是读取1kB数据
udp_data = udp_socket.recvfrom(1024)
# 5. 打印输出
#    数据格式为(b'(content)',("IP",port))   可以以udp_data[0].decode("GBK")方式解码
print(udp_data)
# 6. 关闭套接字
udp_socket.close()