Python伺服器開發 -- 網路基礎

網路由下往上分為實體層、資料鏈結層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

HTTP是高層協議，而TCP/IP是個協議集，包過許多的子協議。包括：傳輸層的 FTP，UDP，TCP協定等，網路層的ip協定等，高層協定如HTTP,telnet協定等，HTTP是TCP/IP的子協定。

socket是對TCP/IP協定的封裝與應用（程式設計師層面上）。也可以說，TPC/IP協定是傳輸層協議，主要解決資料如何在網路中傳輸，而HTTP是應用層協議，主要解決如何包裝資料。

我們在傳輸資料時，可以只使用（傳輸層）TCP/IP協議，但是那樣的話，如果沒有應用層，便無法識別資料內容，如果想要使傳輸的資料有意義，則必須使用到應用層協議，應用層協定很多，例如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自行定義應用層協定。 WEB使用HTTP協定作應用層協定，以封裝HTTP文字訊息，然後使用TCP/IP做傳輸層協定將它傳送到網路上。

而我們平常說的最多的socket是什麼呢，實際上socket是對TCP/IP協議的封裝，Socket本身並不是協議，而是一個調用接口（API），透過Socket，我們才能使用TCP/IP協定.實際上，Socket跟TCP/IP協定沒有必然的聯繫。 Socket程式介面在設計的時候，就希望也能適應其他的網路協定。所以說，Socket的出現只是使得程式設計師更方便地使用TCP/IP協定棧而已，是對TCP/IP協定的抽象，從而形成了我們知道的一些最基本的函數接口，例如create、listen、connect、 accept、send、read和write等等。

TCP/IP只是一個協定棧，就像作業系統的運作機制一樣，必須具體實現，同時也要提供對外的操作介面。這個就像作業系統會提供標準的程式設計接口，像是win32程式介面一樣，TCP/IP也要提供可供程式設計師做網路開發所用的接口，這就是Socket程式介面。

有個比較形象的描述：HTTP是轎車，提供了封裝或顯示數據的具體形式；Socket是發動機，提供了網路通訊的能力。

實際上，傳輸層的TCP是基於網路層的IP協議的，而應用層的HTTP協議又是基於傳輸層的TCP協議的，而Socket本身不算是協議，就像上面所說，它只是提供了一個針對TCP或UDP程式設計的介面。

利用Socket建立網路連線的步驟：

建立Socket連線至少需要一對套接字，其中一個運行於客戶端，稱為ClientSocket ，另一個運行於伺服器端，稱為ServerSocket 。

套接字之間的連線過程分為三個步驟：伺服器監聽，客戶端請求，連線確認。

1。伺服器監聽：伺服器端套接字並不定位特定的客戶端套接字，而是處於等待連線的狀態，即時監控網路狀態，等待客戶端的連線要求。

2。客戶端請求：指客戶端的套接字提出連線請求，要連線的目標是伺服器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須先描述它要連接的伺服器的套接字，指出伺服器端套接字的位址和連接埠號，然後就向伺服器端套接字提出連接請求。

3。連線確認：當伺服器端套接字監聽到或說接收到客戶端套接字的連線請求時，就回應客戶端套接字的請求，建立一個新的線程，把伺服器端套接字的描述發給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，雙方就正式建立連線。而伺服器端套接字繼續處於監聽狀態，繼續接收其他客戶端套接字的連線請求。

HTTP連結的特性

HTTP協定即超文本傳送協定(Hypertext Transfer Protocol )，是Web聯網的基礎，也是手機連網常用的協定之一，HTTP協定是建立在TCP協定之上的一種應用。

HTTP連線最顯著的特點是用戶端發送的每次請求都需要伺服器回送回應，在請求結束後，會主動釋放連線。從建立連線到關閉連線的過程稱為「一次連線」。

The Internet Protocol（協定）

IP就是一個32位元無符號整數。 IP位址透過DNS (Domain Name System) 資料庫對應到網域名稱

#!/usr/bin/env python
# Foundations of Python Network Programming - Chapter 1 - getname.py
import socket
hostname = 'google.com'
addr = socket.gethostbyname(hostname)
print 'The address of', hostname, 'is', addr
# The address of google.com is 173.194.72.113

Python網路程式設計：

Python提供了存取底層作業系統Socket介面的全部方法，也提供了一組加密和認證通訊的服務，SSL／TLS 。

Sockets其實是一個文件描述符，不同於不同於本地文件，它連接了網路上的一個文件。

1、建立一個UDP 本地連線：

#!/usr/bin/env python
import socket, sys
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
MAX = 65535
PORT = 1060
if sys.argv[1:] == ['server']:
    s.bind(('127.0.0.1', PORT))
    print 'Listening at', s.getsockname()
    while True:
        data, address = s.recvfrom(MAX)
        print 'The client at', address, 'says', repr(data)             
　　　　 s.sendto('Your data was %d bytes' % len(data), address)
elif sys.argv[1:] == ['client']:
        print 'Address before sending:', s.getsockname()
        s.sendto('This is my message', ('127.0.0.1', PORT))
        print 'Address after sending', s.getsockname()
        data, address = s.recvfrom(MAX) # overly promiscuous - see text!
        print 'The server', address, 'says', repr(data)
else:
    print >>sys.stderr, 'usage: udp_local.py server|client'

運行這段程式碼：

python filename.py server
＃Listening at ('127.0.0.1', 1060)
＃Address before sending: ('0.0.0.0', 0)
＃Address after sending ('0.0.0.0', 62892)
＃The server ('127.0.0.1', 1060) says 'Your data was 18 bytes'
python filename.py client
＃The client at ('127.0.0.1', 62892) says 'This is my message'

2、建立遠端連線並驗證收到的資訊：

import random, socket, sys
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
MAX = 65535
PORT = 1060
if 2 <= len(sys.argv) <= 3 and sys.argv[1] == &#39;server&#39;:
    interface = sys.argv[2] if len(sys.argv) > 2 else &#39;&#39;
    s.bind((interface, PORT))
    print &#39;Listening at&#39;, s.getsockname()
    while True:
        data, address = s.recvfrom(MAX)
        if random.randint(0, 1):
            print &#39;The client at&#39;, address, &#39;says:&#39;, repr(data)
            s.sendto(&#39;Your data was %d bytes&#39; % len(data), address)
        else:
            print &#39;Pretending to drop packet from&#39;, address
elif len(sys.argv) == 3 and sys.argv[1] == &#39;client&#39;:
    hostname = sys.argv[2]
    s.connect((hostname, PORT))
    print &#39;Client socket name is&#39;, s.getsockname()
    delay = 0.1
    while True:
        s.send(&#39;This is another message&#39;)
        print &#39;Waiting up to&#39;, delay, &#39;seconds for a reply&#39;
        s.settimeout(delay)
        try:
            data = s.recv(MAX)
        except socket.timeout:
            delay *= 2  # wait even longer for the next request
            if delay > 2.0:
                raise RuntimeError(&#39;I think the server is down&#39;)
        else:
            break   # we are done, and can stop looping
              
    print &#39;The server says&#39;, repr(data)
else:
    print >>sys.stderr, &#39;usage: udp_remote.py server [ <interface> ]&#39;
    print >>sys.stderr, &#39;   or: udp_remote.py client <host>&#39;
    sys.exit(2)

这里的s.connect((hostname, PORT))方法，可以让我们不用每次都调用s.sendto('This is my message', ('127.0.0.1', PORT))。直接调用

s.send('This is another message')。