Python 学习笔记 - socket(基本原理和流程)

在学Python之前，先复习一下网络的基本概念。

比如TCP/IP 4层模型，最上面的应用软件发送数据包，数据包在运输层加上TCP或者UDP的报头，然后在网络层加上IP的报头，然后在数据链路层根据ethernet协议分割成帧，每个帧TCP的最大数值为1500个字节，因此一个3200字节的包可以被分割成3个帧，然后依次从物理层发通过高低电压（对应0和1的二进制）发送出去。接收方通过同样的方式逆向的组合帧，然后依次去掉每一层的报文，最后获得数据。

对于程序开发人员而言，如果直接和每一层的协议打交道会非常麻烦，所幸有了socket这样一个抽象的接口，可以通过socket来进行网络通信的编程。

Socket的基本流程如下所示

简单的理解一下基本函数：

socket（）因为socket的本质就是一个特殊的文件，这个相当于普通文件的open操作。打开的时候 可以指定IP地址类型，TCP或者UDP等等；

bind（）绑定端口和IP地址

listen（）指定backlog的数目，即可以排队连接的最大个数。

accept（）可以监听指定的socket地址，阻塞直到有客户端发送请求连接

connect（）客户端可以发送请求，连接到服务器

read（）读取数据

write（）发送数据

close（）双方可以随时终止连接

其他函数的具体解释可以参考

http://www.cnblogs.com/wupeiqi/articles/5040823.html

为了更好的理解socket的连接和断开，我们需要了解TCP的握手和断开的流程。

TCP 3次握手连接

1. 当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；

2. 服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；

3. 客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

TCP 4次分手断开连接

1. 某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；

2. 另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；

3. 一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；

4. 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认

下面看个简单的例子：

server.py

import socket
ip_port=('127.0.0.1',5555)
s=socket.socket()
s.bind(ip_port)
s.listen(5)
conn,addr=s.accept()
while True:
    try:
        recv_data=conn.recv(1024)
        if str(recv_data,encoding='utf-8')=='exit':break
        print(str(recv_data,encoding='utf8'))
        send_data=recv_data.upper()
        conn.send(send_data)
    #如果客户端断开连接，服务器会抛出异常，自动停止
    except Exception as ex:
        break
conn.close()

client.py

import socket
ip_port=('127.0.0.1',5555)
s=socket.socket()
s.connect(ip_port)
while True:
    data=input('>>').strip()
    if len(data)==0:continue
#如果直接输入空格或者回车，直接会卡住，因为服务器方面recv不会接受空值,会导致阻塞
    s.send(bytes(data,encoding='utf8'))
    if data=='exit':break
    recv_data=s.recv(1024)
    print(str(recv_data,encoding='utf8'))
s.close()

结果如下：

客户端效果

"C:\Program Files\Python3\python.exe" C:/Users/yli/pycharmprojects/Exercise/week9/client1.py
>>aaa
AAA
>>bbb
BBB
>>Exit
EXIT
>>exit