#!/usr/bin/env python3
# if sheban exitsts, run script with python3

# http client script with socket

# the socket module is imported
# the socket module in Python provides the API for working with sockets
import socket

# function to write the specified byte sequence to the socket.
# Actually, it is not guaranteed that you can write the entire byte sequence to the socket in one go.
# Therefore, in this send_msg() function, it iteratively repeats the process until all the byte sequence is written.
# Inside the function, it repeatedly calls the send() method on the instance of the socket to write the byte sequence.
def send_msg(sock, msg):
    total_sent_byte_length = 0

    # get the length of a string
    total_msg_byte_length = len(msg)

    while total_sent_byte_length < total_msg_byte_length:
        # write a byte sequence to a socket and obtain the nubmer of bytes written.
        # an array that includes elements from index total_sent_byte_lenght to the end
        sent_byte_length = sock.send(msg[total_sent_byte_length:])

        if sent_byte_length == 0:
            raise RuntimeError("socket connection broken")

        total_sent_byte_length += sent_byte_length

# generator function that reads byte sequence from a socket until the connection is closed.
# To read the response that should have been sent from the HTTP server, you can read it from the socket.
def recv_msg(sock, chunk_len=1024):
    while True:
        # read a specified number of bytes from a socket
        received_chunk = sock.recv(chunk_len)

        # When you are unable to read anything at all, it means that the connection has been closed.
        if len(received_chunk) == 0:
            break


        # return the received byte sequence
        yield received_chunk

def main():
    # prepare a socket for communication using IPv4/TCP.
    # An instance of a socket is created using the socket() function from the imported socket module.
    # socket.AF_INET specifies the use of IPv4 as the network layer protocol.
    # socket.SOCK_STREAM specifies the use of TCP as the transport layer protocol.
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # The created instance of the socket is used to connect to the server
    # connect to the TCP/80 port of the loopback address.
    # to connect to the server, you call the connect() method on the instance of the socket.
    # this method takes the IP address and port number of the server as parameters.
    client_socket.connect(("127.0.0.1", 80))

    request_text = "GET / HTTP/1.0\r\n\r\n"

    # to write data to a socket, you need to provide a byte array instead of a string.
    # encode a string into a byte sequence using ASCII encoding.
    request_bytes = request_text.encode("ASCII")

    # write the byte sequence of a request to a socket.
    send_msg(client_socket, request_bytes)

    # read the byte sequence of a response from a socket.
    received_bytes = b''.join(recv_msg(client_socket))

    # decode a byte sequence into a string.
    received_text = received_bytes.decode("ASCII")

    print(received_text)

    # close a socket that is no longer needed.
    client_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    # execute the main function as the entry point of a script.
    main()

#!/usr/bin/env python3

# script that implements an echo server using sockets

import socket

def send_msg(sock, msg):
    total_sent_byte_length = 0

    total_msg_byte_length = len(msg)

    while total_sent_byte_length < total_msg_byte_length:
        sent_byte_length = sock.send(msg[total_sent_byte_length:])
        if sent_byte_length == 0:
            raise RuntimeError("socket connection broken")

        total_sent_byte_length += sent_byte_length


def recv_msg(sock, chunk_length = 1024):
    while True:
        # 実際、1回で全てのバイト列をソケットに書き込める保証はない。
        # そのため、このsend_msg()関数では、全てのバイト列が書き込まれるまで繰り返し処理を行います。
        # 指定したバイト数(chunk_length)だけデータを受信し、そのデータをバイナリ形式で返します。
        # つまり、一度にすべてのデータを受信するわけではありません。
        received_chunk = sock.recv(chunk_length)

        if len(received_chunk) == 0:
            break

        # 受信したデータをジェネレータが返す値として登録する
        yield received_chunk

def main():
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # the solution to avoid "Address already in use" error.
    # このメソッドは、ソケットの挙動を変更するオプションを指定するためにあります。
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

    # specify the IP address and port number to listen for connections from clients.
    # これはクライアントからの接続を待ち受けるIPアドレスとポートを指定するメソッドです。
    # ホストのIPアドレスは、ひとつとは限りません。ネットワークインターフェイスが複数あれば、
    # IPアドレスも複数あるかもしれないからです。あるいは、ひとつのネットワークインターフェイスに、
    # 複数のIPアドレスが付与されることもあります。そのため、どのIPアドレスを使ってクライアントからの接続を待ち受けるか、
    # bind()メソッドを使って指定します。もし、すべてのIPアドレスで接続を待ち受けるときは
    # IPアドレスとして''(空文字)を指定します。
    server_socket.bind(("127.0.0.1", 54321))

    # start listening for connections.
    # このメソッドを呼ぶと、実際にクライアントからの接続の待ち受けを開始します。
    server_socket.listen()

    print("starting server.....")

    # handle the connection.
    # ソケットのインスタンスに対してaccept()メソッドを呼び出しています。
    # このメソッドは、実際にクライアントから接続があったときに、それを処理するためのものです。
    # accept()メソッドからは、クライアントを表したソケットのインスタンスと、
    # 接続してきたクライアントの情報が得られます。接続してきたクライアントの情報というのは、
    # 具体的には送信元のIPアドレスとポート番号です。IPアドレスはループバックアドレスになっているはずですが、
    # ポート番号はエフェメラルポートなので毎回異なります。
    client_socket, (client_address, client_port) = server_socket.accept()

    # display information about connected client.
    print(f"accepted from {client_address}:{client_port}")

    # Read byte sequence from the socket.
    for received_msg in recv_msg(client_socket):
        # write the read content back to the socket as it is(echo back).
        send_msg(client_socket, received_msg)

        print(f"echo: {received_msg}")

    # close the socket after it is no longer needed.
    client_socket.close()
    server_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    main()

# ss: すべてのソケットの情報を表示する。
# -t: TCPソケットのみ表示する。
# -n: サービス名の名前解決を行わない（ポート番号を表示）
# -l: リスニングソケットのみ表示する。
# -p: ソケットを使用しているプロセスも表示する
ss -tnlp

vagrant@ubuntu-focal:~$ ss -tnp
State    Recv-Q    Send-Q         Local Address:Port          Peer Address:Port     Process
ESTAB    0         0                  127.0.0.1:40592            127.0.0.1:54321     users:(("nc",pid=55625,fd=3))
ESTAB    0         0                  10.0.2.15:22                10.0.2.2:49884
ESTAB    0         0                  10.0.2.15:22                10.0.2.2:57026
ESTAB    0         0                  127.0.0.1:54321            127.0.0.1:40592     users:(("python3",pid=55615,fd=4))
ESTAB    0         0                  10.0.2.15:22                10.0.2.2:49870

vagrant@ubuntu-focal:~$ sudo tcpdump -i lo -tnlA "tcp"
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
IP 127.0.0.1.37576 > 127.0.0.1.54321: Flags [P.], seq 1142696138:1142696140, ack 3014003508, win 512, options [nop,nop,TS val 1864463442 ecr 1864414294], length 2
E..6-|@.@..D...........1D.(....4.....*.....
o!tRo .VH

IP 127.0.0.1.54321 > 127.0.0.1.37576: Flags [.], ack 2, win 512, options [nop,nop,TS val 1864463442 ecr 1864463442], length 0
E..4..@.@.v..........1.....4D.(......(.....
o!tRo!tR
IP 127.0.0.1.54321 > 127.0.0.1.37576: Flags [P.], seq 1:3, ack 2, win 512, options [nop,nop,TS val 1864463442 ecr 1864463442], length 2
E..6..@.@.v..........1.....4D.(......*.....
o!tRo!tRH

IP 127.0.0.1.37576 > 127.0.0.1.54321: Flags [.], ack 3, win 512, options [nop,nop,TS val 1864463442 ecr 1864463442], length 0
E..4-}@.@..E...........1D.(....6.....(.....
o!tRo!tR