《angYing网络编程》课件

《网络编程》课程简angYing介本课程将介绍网络编程的基础知识和核心概念，并探讨网络协议、网络安全以及网络编程的应用场景通过深入浅出的讲解，您将掌握网络编程的基本原理，并能够开发出实用的网络应用程序课程目标网络编程基础服务端开发掌握网络编程基本概念、TCP/IP协议栈，并能学习使用Socket编程开发服务端程序，并能实熟练使用Socket编程现基本的网络通信功能客户端开发网络协议与应用学习使用Socket编程开发客户端程序，并能与深入理解HTTP协议、REST API、JSON数据服务端进行通信交换等常用网络协议和技术网络编程的发展历程网络编程的演变与互联网的诞生和发展密切相关从最初的简单数据传输到现代复杂的多媒体应用，网络编程技术不断革新互联网时代1互联网应用蓬勃发展，网络编程成为主流局域网时代2局域网技术成熟，网络编程开始应用早期网络3数据传输技术的探索和发展网络编程的基本概念网络编程基础网络协议计算机网络是现代社会的重要组成网络协议是计算机之间通信的规则部分网络编程是开发网络应用的常见的网络协议包括TCP/IP协核心技能议族、HTTP协议等套接字网络通信模型套接字是网络编程的基本抽象，提常见的网络通信模型包括客户端-供了一种进程间通信的机制，允许服务器模型、点对点模型等，不同应用程序通过网络发送和接收数据的模型适用于不同的应用场景协议栈概述TCP/IPTCP/IP协议栈是现代网络通信的基础，由一系列协议组成，为网络设备提供通信规则TCP/IP协议栈分层结构，各层负责不同功能，例如网络接口层负责物理连接，网络层负责路由，传输层负责数据传输，应用层负责各种应用服务编程基础Socket套接字概念套接字地址

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22.套接字是网络应用程序之间进行通信的接口它们允许应用程序每个套接字都有唯一的地址，包含IP地址和端口号IP地址标像文件一样读写数据套接字抽象了底层网络协议的复杂性，简识网络上的主机，端口号标识主机上的特定应用程序化了网络编程套接字类型套接字操作

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44.套接字分为流式套接字和数据报套接字，分别对应TCP和UDP常见的套接字操作包括创建、绑定、监听、连接、发送、接收、协议TCP协议提供可靠的连接，而UDP协议提供无连接的服关闭等务套接字的类型和工作过程流式套接字Stream Socket1提供面向连接的通信，类似电话通话，可靠、有序数据报套接字Datagram Socket2提供无连接的通信，类似邮件，不保证可靠性，适用于实时性要求高的场景套接字工作过程3服务器创建套接字并绑定端口，等待连接请求；客户端创建套接字，连接服务器，双方通过套接字进行数据传输服务端套接字编程创建套接字1创建服务端套接字，绑定地址和端口监听连接2等待客户端连接请求接受连接3建立与客户端的连接数据通信4接收和发送数据服务端套接字编程负责创建和管理服务端应用程序的套接字，接收客户端连接请求并进行数据通信客户端套接字编程创建套接字客户端套接字使用socket函数创建，指定地址族、套接字类型和协议连接服务器使用connect函数连接到服务器地址和端口，建立通信连接发送数据通过send函数将数据发送到服务器，实现数据传输接收数据使用recv函数接收服务器发送的数据，完成数据交换关闭套接字使用close函数关闭客户端套接字，释放资源套接字通信实践TCP服务器端创建套接字服务器端需要创建套接字，监听特定端口，准备接收客户端连接请求客户端发起连接请求客户端尝试连接服务器，发送连接请求到服务器端服务器端接受连接服务器端接受客户端连接，建立TCP连接，开始数据传输数据传输双方通过TCP连接进行数据传输，确保数据完整性与可靠性关闭连接当数据传输完毕，双方需要关闭TCP连接，释放资源套接字通信实践UDP创建套接字UDP1使用socket函数创建UDP套接字绑定端口2使用bind函数将套接字绑定到特定端口发送数据3使用sendto函数发送数据到目标地址接收数据4使用recvfrom函数接收数据UDP套接字通信过程简单，效率高，适合实时数据传输在实践中，需要根据实际应用场景选择合适的通信方式例如，UDP套接字常用于游戏开发、视频流传输等领域网络通信的异常处理错误处理异常捕获异常类型错误日志网络通信中，可能遇到各种错使用try-catch代码块来捕获常见的异常类型包括记录错误日志可以帮助我们追误，比如连接超时、数据丢失异常在try块中编写可能引SocketTimeoutException踪问题，定位错误根源记录、网络断开等等我们需要编发异常的代码，在catch块、IOException、错误信息包括时间、异常类型写代码来处理这些错误，以保中处理异常，避免程序崩溃UnknownHostException、错误描述等证程序的稳定性和可靠性等，不同的异常类型对应着不同的错误场景聊天室案例实战聊天室案例将演示如何在实际场景中使用网络编程技术构建一个简单的聊天应用该案例包含服务端和客户端两个部分，分别使用TCP套接字编程实现服务端负责监听来自客户端的连接请求，接收客户端发送的聊天信息，并广播给所有在线用户客户端负责与服务端建立连接，发送聊天信息，并接收来自其他用户的聊天信息通过该案例，可以学习网络编程的常用技术，例如套接字编程、多线程编程、消息处理等协议概述HTTP客户端请求服务器响应请求和响应Web浏览器向服务器发送HTTP请求以获服务器根据请求，返回HTTP响应，包括请HTTP协议使用请求-响应模式，客户端发送取资源求资源或错误信息请求，服务器返回响应服务器编程WebWeb服务器是网络应用程序的核心，负责处理来自客户端的请求并返回响应它们是现代互联网的基础，支持各种应用，如网站、应用程序、API等Web服务器通常运行在特定的端口，监听来自客户端的连接，并根据请求处理相应的逻辑处理请求1接收来自客户端的HTTP请求执行逻辑2根据请求内容，处理相关的业务逻辑生成响应3根据处理结果，生成HTTP响应返回响应4将生成的响应发送回客户端Web服务器编程涉及使用各种编程语言和框架，如Python、Java、Node.js和PHP，来实现服务器端的逻辑和功能客户端编程Web请求发送1通过HTTP协议向Web服务器发送请求，包含请求方法、目标资源、协议版本等信息响应接收2从Web服务器接收响应，包含状态码、响应头、响应体等信息数据解析3解析响应体中的数据，例如HTML、JSON、XML等格式，用于渲染页面或提取数据使用协议实现文件下载HTTP发送请求1客户端向服务器发送一个HTTP GET请求，请求下载指定文件服务器响应2服务器接收到请求后，会检查文件是否存在，并生成一个HTTP响应文件传输3服务器将文件内容作为响应的一部分发送回客户端，客户端接收并保存文件使用协议实现文件上传HTTP客户端准备数据客户端首先需要准备要上传的文件，并将其编码为二进制数据通常使用multipart/form-data编码方式，将文件数据和相关信息封装成一个请求体发送请求HTTP客户端使用HTTP协议中的POST方法向服务器发送请求请求头中需要设置Content-Type字段，指定文件类型和编码方式请求体中包含文件数据服务器处理请求服务器接收客户端的请求，解析请求头和请求体，提取文件数据和相关信息服务器通常会将文件存储到指定目录，并返回响应给客户端客户端处理响应客户端接收服务器的响应，判断上传是否成功如果成功，服务器会返回成功状态码和相关信息如果失败，服务器会返回错误状态码和错误信息设计与实现REST API设计原则实现方法文档REST APIREST APIREST APIREST API设计需要遵循一些可以使用多种编程语言和框架清晰的API文档可以帮助开基本原则，例如资源的统一标来实现RESTAPI，例如发者理解API的功能和使用识、使用标准的HTTP方法、Python的Flask框架，方法可以使用Swagger、无状态通信等Java的Spring Boot框架OpenAPI等工具生成API，Node.js的Express框架文档等使用数据交换JSONJSON格式简洁易读，便于程序解析JSON支持各种数据类型，包括字符串、数字、布尔值和嵌套对象JSON广泛应用于Web API和移动应用开发，实现跨平台数据交换网络安全基础数据保护安全威胁网络安全措施网络安全保护数据的机密性、完整性和可用网络安全要防范各种攻击，如恶意软件、网网络安全措施包括防火墙、入侵检测系统和性络钓鱼和数据泄露数据加密等协议概述SSL/TLS安全通信加密技术12SSL/TLS协议是用于在网络上SSL/TLS协议使用公钥加密和建立安全连接的一种标准协议对称密钥加密来保护数据公它通过加密和身份验证来确钥用于身份验证，而对称密钥保数据传输的安全性和完整性用于加密和解密数据数字证书协议34HTTPSSSL/TLS协议使用数字证书来HTTPS协议是HTTP协议的加验证服务器的身份数字证书密版本它使用SSL/TLS协议由受信任的证书颁发机构签发来保护数据传输，从而提供更，并包含服务器的公共密钥安全的Web浏览体验编程实践HTTPSHTTPS协议是HTTP协议的安全版本，它使用SSL/TLS协议来加密网络通信，确保数据传输的安全性和完整性握手SSL/TLS1客户端和服务器进行身份验证，协商加密算法数据加密2使用对称密钥对数据进行加密，确保传输过程中的安全数据解密3服务器使用相同的密钥对数据进行解密，恢复原始数据在Python中，可以使用`urllib3`和`requests`等库实现HTTPS编程，它们提供了方便的接口来处理SSL/TLS握手和数据加密解密多线程网络编程提高吞吐量响应速度更快多线程允许服务器同时处理来自多多个线程可以并行执行任务，减少个客户端的请求，提升了并发处理了单个线程的等待时间，提高了应能力，提高了网络应用程序的效率用程序的响应速度，提升用户体验和吞吐量资源利用率高利用多核处理器的优势，将网络应用程序分解成多个线程，有效地利用了多核处理器的资源，提高了系统资源的利用率异步网络编程非阻塞事件驱动模型IO异步编程允许程序在等待网络操作通过事件循环机制，程序可以响应完成时继续执行其他任务，提高效各种网络事件，例如连接建立、数率和响应速度据接收、错误发生等回调函数线程池当网络事件发生时，程序会调用预异步编程通常与线程池结合使用，先定义的回调函数来处理相应的事有效地管理线程资源，提高程序的件，实现异步操作并发性能分布式系统概述分布式系统常见类型包括客户机-服务器系统、对等网络系统、云计算系统等常见的分布式系统架构包括微服务架构、消息队列架构、分布式数据库架构等分布式系统是指由多个独立的计算机系统组成，它们相互协作完成一个共同的任务分布式系统可以有效地提高系统的可扩展性、容错性和性能微服务架构简介独立部署独立团队云原生每个服务独立运行，可以单独部署、升级和不同的团队负责不同的服务，提高开发效率微服务架构与云原生技术相结合，实现更灵扩展和协作能力活的部署和扩展网络编程总结angYing网络编程的核心实战案例持续学习深入理解网络编程原理，掌握TCP/IP协议通过聊天室、文件传输等案例，巩固理论知网络编程领域不断发展，保持学习热情，探栈、Socket编程等关键技术识，提升实践能力索新技术，提升专业素养课程总结与展望网络编程的应用持续学习12掌握网络编程技术，可以开发各种网络应网络技术不断发展，需要持续学习新的知用，例如游戏，社交软件，云服务等等识，例如云计算、物联网、5G等等未来方向3未来网络编程将更加注重安全、高效、智能化的发展趋势。