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专栏导读
1 网络编程的基础
2. 基本概念和协议
2.1 计算机网络基础
2.2 网络协议、IP地址、端口号
2.3 常见网络协议
3. 套接字编程
3.1 套接字的基本概念
3.2 套接字的基本操作
3.3 套接字通信模型和方法#xff1a;send、recv
3.3.1 TCP通信模型
3.3.2 U…目录
专栏导读
1 网络编程的基础
2. 基本概念和协议
2.1 计算机网络基础
2.2 网络协议、IP地址、端口号
2.3 常见网络协议
3. 套接字编程
3.1 套接字的基本概念
3.2 套接字的基本操作
3.3 套接字通信模型和方法send、recv
3.3.1 TCP通信模型
3.3.2 UDP通信模型
4. 客户端-服务器模型
4.1 客户端的角色
4.2 服务器的角色
4.3 客户端-服务器的交互
4.4 创建简单的客户端和服务器通信示例
5. WebSocket编程
6. 异步编程和多线程
7. 数据安全和加密
7.1 数据加密与隐私保护
7.2 输入验证和过滤
7.3 防范跨站脚本攻击XSS
7.4 防范SQL注入 7.5 安全更新和漏洞修复
8. 身份验证和授权
8.1 用户身份验证的方法和技术
8.2 实现用户登录和访问控制
8.3 使用JWT进行身份验证 专栏导读 专栏订阅地址https://blog.csdn.net/qq_35831906/category_12375510.html 1 网络编程的基础 网络编程是指利用计算机网络在不同计算机之间进行数据交换和通信的过程。它涵盖了多个层次从底层的数据传输、协议交互到高层的应用程序开发。 协议Protocol 协议是规定计算机之间通信方式的一套规则和标准。网络通信必须遵循特定的协议以确保数据正确地在发送和接收之间传输。常见的网络协议包括TCP、UDP、HTTP、HTTPS、FTP、SMTP等。 IP地址IP Address IP地址是用于在网络上标识计算机和设备的唯一地址。IP地址分为IPv4和IPv6两种版本。IPv4地址是由四个用点分隔的十进制数字组成例如192.168.0.1而IPv6地址使用更长的十六进制数字串。 端口号Port Number 端口号用于标识计算机上不同应用程序的通信通道。一个IP地址可以有多个端口每个端口对应一个应用程序。端口号是一个16位的整数范围从0到65535。 套接字Socket 套接字是网络通信的基本操作接口它用于在计算机之间建立连接并传输数据。套接字包括IP地址、协议和端口号通过它可以实现不同计算机之间的通信。 客户端Client和服务器Server 客户端是发起网络请求的计算机或应用程序服务器是接收和处理这些请求的计算机或应用程序。客户端发送请求服务器响应并提供相应的服务。 HTTPHypertext Transfer Protocol HTTP是一种用于在Web上传输数据的协议它基于客户端-服务器模型。客户端发送HTTP请求服务器返回HTTP响应。HTTP支持GET、POST、PUT、DELETE等请求方法。 TCPTransmission Control Protocol TCP是一种面向连接的协议它提供可靠的数据传输和错误校验。TCP通过建立连接、数据分割和重新组装确保数据按顺序、无丢失地传输。 UDPUser Datagram Protocol UDP是一种无连接的协议它不提供数据传输的可靠性和错误校验但速度较快。UDP适用于实时通信如音频和视频传输。 数据包Packet 数据在网络上以数据包的形式传输。每个数据包包含有关数据的信息例如源IP地址、目标IP地址、端口号等。数据包可能在传输过程中被分割、重新排序或重传。 域名Domain Name 域名是人类可读的网址用于标识网站或服务器。域名通过DNS解析为IP地址使用户可以使用易记的域名访问网站。 DNSDomain Name System DNS是一个分布式数据库系统将域名映射到IP地址以便计算机可以在互联网上定位其他计算机。它允许使用人类可读的域名来访问资源。 网络编程在现代计算机世界中扮演着重要的角色它支持了互联网、Web应用、实时通信、分布式系统等多个领域。
2. 基本概念和协议
2.1 计算机网络基础 计算机网络是多台计算机和设备通过通信链路相互连接共享资源和信息的集合。网络可以分为局域网LAN、广域网WAN、互联网等。网络提供了远程通信、资源共享、数据传输等功能。 2.2 网络协议、IP地址、端口号 网络协议 网络协议是规定计算机之间通信的一套规则和标准。它定义了数据格式、通信流程、错误处理等。常见的网络协议有TCP、UDP、HTTP、HTTPS、FTP、SMTP等。IP地址Internet Protocol Address IP地址用于标识计算机和设备在网络中的唯一位置。IPv4使用32位二进制数表示例如192.168.0.1而IPv6使用128位十六进制数。端口号Port Number 端口号用于标识计算机上不同应用程序的通信通道。它是一个16位的整数范围从0到65535。TCP和UDP使用端口号来将数据传递给正确的应用程序。 2.3 常见网络协议 TCPTransmission Control Protocol TCP是一种面向连接的协议提供可靠的数据传输和错误检测。它将数据切割成小块数据段进行传输并确保数据按序到达适用于重要数据的传输如文件传输、电子邮件等。 UDPUser Datagram Protocol UDP是一种无连接的协议不提供可靠性和错误检测。它将数据切割成数据报进行传输适用于实时通信如音频、视频传输和在线游戏。 HTTPHypertext Transfer Protocol HTTP用于在Web上传输超文本文档如网页。它是一种无状态的协议客户端发送请求服务器返回响应。HTTP常用于浏览器和Web服务器之间的通信。 HTTPSHypertext Transfer Protocol Secure HTTPS是加密的HTTP协议通过SSL/TLS协议对通信进行加密保护数据的隐私和完整性。它用于安全的Web通信如在线支付、敏感数据传输等。 3. 套接字编程 套接字编程是网络编程中的核心用于实现计算机之间的数据传输和通信。下面详细解释套接字的基本概念、操作以及通信模型和方法。
3.1 套接字的基本概念 套接字Socket是一种抽象的通信端点通过套接字不同计算机之间可以进行数据交换。套接字提供了网络通信的基本接口其中包含了目标IP地址、协议和端口号等信息。套接字通常分为两种类型流套接字TCP和数据报套接字UDP。
3.2 套接字的基本操作
包括创建、绑定、监听和接受连接。
创建套接字 使用socket库创建一个套接字。通过指定地址族IPv4或IPv6和套接字类型TCP或UDP来创建相应类型的套接字。
import socketserver_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 创建TCP套接字
client_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 创建UDP套接字绑定地址 服务器套接字需要绑定一个IP地址和端口号以便客户端可以连接。客户端套接字通常不需要绑定。
server_address (127.0.0.1, 12345)
server_socket.bind(server_address)监听连接 对于服务器套接字需要调用listen()方法来准备接受连接请求。
server_socket.listen(5) # 允许同时等待5个连接请求接受连接 服务器套接字使用accept()方法来接受客户端的连接请求并返回新的套接字用于与客户端通信。
client_socket, client_address server_socket.accept()3.3 套接字通信模型和方法send、recv 套接字通信模型是基于发送和接收数据的。在TCP通信中通常使用send()方法发送数据然后使用recv()方法接收数据。在UDP通信中使用sendto()方法发送数据使用recvfrom()方法接收数据。
3.3.1 TCP通信模型
服务器端
client_socket, client_address server_socket.accept()
data client_socket.recv(1024) # 接收数据
client_socket.send(bHello, client!) # 发送数据客户端
client_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect((127.0.0.1, 12345))
client_socket.send(bHello, server!) # 发送数据
data client_socket.recv(1024) # 接收数据3.3.2 UDP通信模型
服务器端
data, client_address server_socket.recvfrom(1024) # 接收数据
server_socket.sendto(bHello, client!, client_address) # 发送数据客户端
client_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
client_socket.sendto(bHello, server!, (127.0.0.1, 12345)) # 发送数据
data, server_address client_socket.recvfrom(1024) # 接收数据通过理解套接字的基本概念、操作和通信模型您可以开始构建简单的网络通信应用如基于TCP或UDP的客户端和服务器。随着学习的深入您可以扩展到更复杂的网络应用如实时通信、网络安全等领域。 4. 客户端-服务器模型 客户端-服务器模型是网络编程中常见的通信模式其中客户端发起请求服务器接收请求并提供服务。客户端向服务器发送请求并等待服务器响应。以下是关于客户端和服务器的角色、交互方式以及创建简单通信示例的说明 4.1 客户端的角色 客户端是请求服务的一方。它向服务器发送请求并等待服务器响应。客户端通常是终端用户使用的应用程序如Web浏览器、移动应用、聊天客户端等。
4.2 服务器的角色 服务器是提供服务的一方。它接收客户端的请求处理请求并返回响应。服务器通常运行在高性能的计算机上以提供各种服务如网页、数据存储、实时通信等。
4.3 客户端-服务器的交互 典型的客户端-服务器交互包括以下步骤 客户端发起连接请求。服务器接受连接请求并分配一个处理请求的线程或进程。客户端发送请求数据给服务器。服务器处理请求并返回响应数据给客户端。客户端接收服务器的响应并处理响应数据。 4.4 创建简单的客户端和服务器通信示例 下面是一个使用Python的Socket库创建简单的TCP客户端和服务器通信示例。这个示例中客户端发送一个消息给服务器服务器接收消息并返回一个确认响应。
服务器端
import socketserver_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind((127.0.0.1, 12345))
server_socket.listen(5)print(Server listening...)while True:client_socket, client_address server_socket.accept()print(fConnected to {client_address})data client_socket.recv(1024)print(Received:, data.decode())response Message received!client_socket.send(response.encode())client_socket.close()客户端
import socketclient_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect((127.0.0.1, 12345))message Hello, server!
client_socket.send(message.encode())response client_socket.recv(1024)
print(Server response:, response.decode())client_socket.close()在这个示例中服务器监听连接请求接受客户端连接并接收来自客户端的消息。服务器处理消息后向客户端发送确认响应。客户端连接到服务器发送消息并接收服务器的响应。这展示了一个简单的客户端-服务器通信过程。 5. WebSocket编程 WebSocket是一种基于TCP的协议旨在实现全双工的双向通信允许服务器主动向客户端推送数据而不需要客户端先发起请求。WebSocket在实时应用程序、聊天应用、实时通知等场景中非常有用。
5.1 WebSocket协议和特点
WebSocket使用单个长连接避免了HTTP中频繁的连接和断开。客户端和服务器可以随时发送数据实现实时通信。协议本身支持双向通信无需额外的轮询。适用于浏览器和服务器之间的实时交互。
5.2 使用第三方库实现WebSocket通信 websockets是一个流行的Python库用于实现WebSocket通信。以下是使用websockets库创建WebSocket服务器和客户端的示例
WebSocket服务器
import asyncio
import websocketsasync def echo(websocket, path):async for message in websocket:await websocket.send(message)start_server websockets.serve(echo, 127.0.0.1, 8765)asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
asyncio.get_event_loop().run_forever()WebSocket客户端
import asyncio
import websocketsasync def hello():uri ws://localhost:8765async with websockets.connect(uri) as websocket:await websocket.send(Hello, WebSocket!)response await websocket.recv()print(response)asyncio.get_event_loop().run_until_complete(hello())在这个示例中WebSocket服务器监听在ws://localhost:8765当有客户端连接并发送消息时服务器会将相同的消息回传给客户端。客户端连接到服务器后发送消息并等待服务器的响应。 通过使用websockets库您可以方便地实现WebSocket通信用于构建实时的、双向的网络应用程序。这使得实时聊天、实时更新、实时监控等应用场景变得更加容易。 6. 异步编程和多线程
6.1 异步编程的概念和优势 异步编程是一种编程模式旨在处理I/O密集型任务使程序能够在等待I/O操作完成时继续执行其他任务而不是阻塞整个进程。异步编程可以提高程序的并发性和响应性因为它允许程序在等待I/O的同时执行其他任务。 主要的异步编程优势包括 非阻塞 异步编程允许程序在等待I/O时继续执行其他任务不会阻塞整个进程。更高的并发性 多个任务可以同时执行提高了程序的并发性能。更好的响应性 程序可以在繁忙的情况下仍然保持响应因为它可以在等待I/O时执行其他任务。 6.2 使用asyncio库实现异步网络编程 asyncio是Python的异步I/O框架用于编写异步代码。以下是使用asyncio库实现异步网络编程的示例
import asyncioasync def main():await asyncio.gather(fetch_url(https://example.com), fetch_url(https://google.com))async def fetch_url(url):print(fFetching {url})await asyncio.sleep(2)print(fFetched {url})asyncio.run(main())在这个示例中两个fetch_url协程同时发起对不同网址的异步请求。通过await asyncio.gather()它们可以并发执行利用了异步的优势。 6.3 使用threading库实现多线程网络编程 threading是Python的线程管理库可以用于创建和管理多个线程。以下是使用threading库实现多线程网络编程的示例
import threading
import requestsdef fetch_url(url):print(fFetching {url})response requests.get(url)print(fFetched {url})thread1 threading.Thread(targetfetch_url, args(https://example.com,))
thread2 threading.Thread(targetfetch_url, args(https://google.com,))thread1.start()
thread2.start()thread1.join()
thread2.join()print(Threads completed)在这个示例中两个线程同时发起对不同网址的请求。每个线程使用requests库来发送HTTP请求。 请注意这些示例中的异步和多线程代码主要关注于并发执行以展示异步编程和多线程的基本概念。在实际应用中您可能需要处理更多的错误处理、同步、资源共享等问题。 7. 数据安全和加密 网络编程的安全性和防御是确保网络通信和应用程序免受恶意攻击、数据泄漏和其他安全威胁的关键方面。以下是网络编程安全与防御的详解和示例
7.1 数据加密与隐私保护 使用加密算法保护数据在传输过程中的隐私。SSL/TLS协议可以为网络通信提供加密层确保数据传输过程中不易被窃取或篡改。
示例使用Python的ssl库为网络连接添加SSL加密
import ssl
import socketcontext ssl.create_default_context(ssl.Purpose.SERVER_AUTH)
with socket.create_connection((example.com, 443)) as client_socket:with context.wrap_socket(client_socket, server_hostnameexample.com) as secure_socket:secure_socket.send(bHello, server!)response secure_socket.recv(1024)7.2 输入验证和过滤 对于从客户端接收的输入始终进行有效性验证和过滤以防止恶意输入或攻击。
示例使用Django Web框架中的输入验证。
from django import formsclass LoginForm(forms.Form):username forms.CharField()password forms.CharField(widgetforms.PasswordInput)7.3 防范跨站脚本攻击XSS 避免在页面中直接插入未经验证的用户输入以防止XSS攻击。使用输入过滤和编码来确保输出的安全性。
示例使用Flask框架中的escape函数防止XSS攻击。
from flask import Flask, escapeapp Flask(__name__)app.route(/hello)
def hello():name request.args.get(name, )safe_name escape(name)return fHello, {safe_name}!7.4 防范SQL注入 使用参数化查询或ORM对象关系映射库来防止SQL注入攻击。不要直接将用户输入拼接到SQL查询中。
示例使用SQLAlchemy参数化查询。
from sqlalchemy import create_engine
from sqlalchemy.orm import sessionmakerengine create_engine(sqlite:///mydatabase.db)
Session sessionmaker(bindengine)
session Session()username admin OR 11
user session.query(User).filter_by(usernameusername).first()7.5 安全更新和漏洞修复 定期更新使用的库和框架以获取最新的安全修复。监控漏洞通告及时应对已知的安全漏洞。
示例使用命令更新Python库。
pip install --upgrade package-name
8. 身份验证和授权 8.1 用户身份验证的方法和技术 用户身份验证是确定用户是谁的过程以确保用户拥有访问所请求资源的权限。常见的身份验证方法包括 用户名和密码 用户提供用户名和密码进行验证。需要保护密码的安全性通常使用哈希和加盐技术。多因素身份验证MFA 用户提供多个验证因素如密码、手机验证码、指纹等以增加安全性。单点登录SSO 用户一次登录后可以访问多个关联应用避免多次输入凭据。社交媒体登录 用户可以使用其社交媒体账号登录如Google、Facebook等。证书 用户拥有数字证书用于身份验证和加密通信。 8.2 实现用户登录和访问控制 确保只有授权用户才能访问敏感数据或功能。使用身份验证验证用户身份和授权分配访问权限来限制访问。 用户登录用户提供身份信息用户名/密码等服务器验证身份信息并提供令牌作为后续访问的凭证。访问控制使用会话、令牌等机制确保用户只能访问其被授权的资源对未授权的资源进行拒绝访问。 示例使用Flask-Login库实现用户身份验证。
from flask import Flask, render_template
from flask_login import LoginManager, login_requiredapp Flask(__name__)
login_manager LoginManager(app)app.route(/profile)
login_required
def profile():return render_template(profile.html)8.3 使用JWT进行身份验证 JSON Web TokenJWT是一种开放标准用于在两个实体之间安全地传输信息。它由三部分组成头部、载荷和签名。JWT常用于身份验证和授权。 头部Header 指定令牌的类型和签名算法。载荷Payload 包含用户的相关信息如用户ID、角色等。签名Signature 通过将头部和载荷使用密钥签名确保令牌的完整性。 示例使用Python中的PyJWT库创建和验证JWT令牌
import jwt
import datetime# 创建JWT令牌
payload {user_id: 123, exp: datetime.datetime.utcnow() datetime.timedelta(days1)}
secret_key secret_key
token jwt.encode(payload, secret_key, algorithmHS256)print(Token:, token)# 验证JWT令牌
try:decoded_payload jwt.decode(token, secret_key, algorithms[HS256])print(Decoded Payload:, decoded_payload)
except jwt.ExpiredSignatureError:print(Token expired)
except jwt.InvalidTokenError:print(Invalid token)通过JWT您可以实现安全的用户身份验证和访问控制避免在服务器上存储会话状态从而降低服务器的负担。
