Python网络编程（socket编程）

Win10

python - 3.5

 

Socket工作原理和基本概念

       Socket的中文翻译是套接字，它是TCP/IP网络环境下应用程序与底层通信驱动程序之间运行的开发接口，它可以将应用程序与具体的TCP/IP隔离开来，使得应用程序不需要了解TCP/IP的具体细节，就能够实现数据传输。

       在网络应用程序中，Socket通信是基于客户端/服务器结构。客户端是发送数据的一方。服务器时刻准备接受来自客户端的数据，对做出响应

       实现基于tcp网络通信与现实中打电话很像：

1)      客户端（相当于打电话的一方），需要了解服务器的ip地址，如果该服务器有多个网络应用程序，单单ip地址则不够，这时候socket通信借用tcp/ip中端口的概念，不同应用程序使用不同端口通信（这就很类似电话分机）。

2)      服务器应用程序必须早于客户端启动，并在指定ip地址和端口上执行监听，端口被占用，服务器则无法正常启动。（服务器处于监听状态就类似电话接通好电话线，等待被拨打的状态）

3)      客户端在申请发送数据时，服务器端应用程序必须有足够的时间响应才能进行正常通信（电话响，却无人接听）。通常情况下，服务器的应用程序都需要具备同时处理多个客户端请求的能力，应用程序设计不合理或访问量过高都会导致响应超时。

4)      使用Socket协议进行通信的双方必须使用相同的通信协议，Socket支持的底层通信协议包括tcp和udp两种，通信过程中，双方还必须采用相同的字符编码，按照约定的方式进行通信（打电话时，双方必须语言相同，才能进行信息交流）

5)      通信时，物理网络必须保持通畅，否则通信将会中断（电话线有效，且连接正常）。

6)      通信结束之前，客户端和服务器端都可以中断连接（任何一方都可以挂电话）。

 

TCP是基于连接的通信协议，即先建立稳定连接后，再数据传输

如果Socket通信基于UDP，则数据传输前不需要连接，类似发短信或发电报，即使对方不在线，也可以发送数据，发送的数据在指定时间没有得到对方响应，则视为操作超时，可以选择超时后重新发送数据。

Socket编程的层次结构

应用层
Socket开发接口
传输层
TCP	UDP
网络层 IP
驱动
物理层

 

基于TCP的Socket编程

面向连接的Socket通信是基于TCP的

 

服务器程序要先与客户机程序启动，步骤以及调用函数：

1)      调用socket（）函数创建一个流式套接字，返回套接字号s

2)      调用bind（）将s绑定到已知地址，通常为本地ip

3)      调用listen（）将s设为监听模式，准备接收来自各客户端的连接请求

4)      调用accept（）等待接受客户端连接请求

5)      如果接收到客户端请求，则accept（）返回，得到新的套接字ns

6)      调用rev（）接收来自客户端的数据，调用send（）向客户端发送数据

7)      与客户端通信结束，服务器端可以调用shutdown（）对方不再接收和发送数据，也可以由客户端程序断开连接，断开连接后，服务器进程调用closesocket（）关闭套接字ns，此后服务器返回第四步

8)      如果要退出服务器程序，则调用closesocket（）关闭最初的套接字s

 

客户端程序步骤以及调用函数：

1)      调用WSAStartup()函数加载Windows Sockets动态库，然后调用socket()函数创建一个流式套接字，返回套接字号s。

2)      调用connect()函数将套接字s连接到服务器。

3)      调用send()函数向服务器发送数据，调用recv()函数接收来自服务器的数据。

4)      与服务器的通信结束后，客户端程序可以调用close()函数关闭套接字。

相关函数：

1．socket（）函数

socket()函数用于创建与指定的服务提供者绑定套接字，函数原型如下：

socket=socket.socket(familly,type)

参数说明如下：

familly，指定协议的地址家族，可为AF_INET或AF_UNIX。AF_INET家族包括Internet地址，AF_UNIX家族用于同一台机器上的进程间通信。

type，指定套接字的类型。

套接字类型	说    明
SOCK_STREAM	提供顺序、可靠、双向和面向连接的字节流数据传输机制，使用TCP
SOCK_DGRAM	支持无连接的数据报，使用UDP
SOCK_RAW	原始套接字，可以用于接收本机网卡上的数据帧或者数据包

 

2.bind（）函数

bind()函数可以将本地地址与一个Socket绑定在一起，函数原型如下：

socket.bind( address )

参数address是一个双元素元组，格式是(host,port)。host代表主机，port代表端口号。

 

3.listen（）函数

listen()函数可以将套接字设置为监听接入连接的状态，函数原型如下：

listen(backlog);

参数backlog指定等待连接队列的最大长度。

 

4.accept（）函数

在服务器端调用listen()函数监听接入连接后，可以调用accept()函数来等待接受连接请求。accept()的函数原型如下：

connection, address = socket.accept()

调用accept()方法后，socket会进入waiting状态。客户请求连接时，accept()方法会建立连接并返回服务器。accept()方法返回一个含有两个元素的元组(connection,address)。第一个元素connection是新的socket对象，服务器必须通过它与客户通信；第二个元素 address是客户的Internet地址。

 

5.recv（）函数

调用recv()函数可以从已连接的Socket中接收数据。recv()的函数原型如下：

buf = sock.recv(size)

参数sock是接收数据的socket对象，参数size指定接收数据的缓冲区的大小。recv()的函数的返回接收的数据。

 

6.send（）函数

调用send()函数可以在已连接的Socket上发送数据。send()的函数原型如下：

sock.recv(buf)

参数sock是在已连接的Socket上发送数据。参数buf是也要已连接的Socket上发送数据。

 

7.close（）函数

close ()函数用于关闭一个Socket，释放其所占用的所有资源。socket()的函数原型如下：

s.closesocket();

参数s表示要关闭的Socket。

 

使用socket通讯的简易服务器
        connection.close()

import socket

if __name__ == "__main__":
    #创建socket对象s，基于internet地址和tcp协议
    s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #绑定到本地的8001端口
    s.bind(("localhost",8001))
    #在本地8001端口监听，等待连接队列最大长度为5
    s.listen(5)
    print("等待连接")
    while True:
        #接收来自客户端的连接
        connection,address = s.accept()
        try:
            connection.settimeout(5)
            buf = connection.recv(1024).decode('utf-8')#接收客户端消息
            if buf=='1':
                connection.send(b'welcome to server')
            else:
                connection.send(b'please go out')
        except s.timeout:
            print('time out')
        connection.close()

 

使用socket进行通信的建议客户端
   

import socket

import time
if __name__ == '__main__':
    s =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    s.connect(('localhost',8001))
    #推迟执行
    time.sleep(2)
    s.send(b'1')
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    s.close()

 

基于TCP的Socket编程

面向连接的Socket通信是基于TCP的

由流程可以看出面向非连接的Socket通信流程比较简单，在服务器上不需要listen（）和accept（）来等待客户端连接，客户端程序不需要雨服务器建立连接，而是直接向服务器发送数据。

 

1.     sendto（）函数

使用sendto()函数可以实现发送数据的功能，函数原型如下；

s.sendto（data，（addr，port））

参数说明如下：

  s，指定一个Socket句柄。

  data，要传输数据。

  addr，接收数据的计算机的IP地址。

  port，接收数据的计算机的端口。

示例：import socket

#创建UDP SOCKET
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
port = 8000 #服务器端口
host = '192.168.0.101'#服务器地址
while True:
    msg = input()# 接受用户输入
    if not msg:
       break
    # 发送数据
    s.sendto(msg.encode(),(host,port))
s.close()

2.     recvfrom（）函数

使用recvfrom ()函数可以实现接收数据的功能，函数原型如下；

data,addr = s.recvfrom( bufsize);

参数说明如下：

  s，指定一个Socket句柄。

  bufsize，接收数据的缓冲区的长度，单位为字节。

  data，接收数据的缓冲区。

  addr，发送数据的客户端的地址。

示例：

import socket

#创建基于UDP的socket对象用socket.SOCK_DGRAM
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(('localhost',8000))

#循环调用recvfrom（）接收客户端发送来的数据

while True:

    data,addr = s.recvfrom(1024)
    if not data:
        print('client has exited!')
        break
   print('received:',data,'from',addr)
s.close()