Python 实现Socket编程

整个计算机网络都是由协议组成。

其实可以把协议类比成我们人类用的语言，我们和老外交流，双方得说一样的语言，就好像遵从同样的“协议”。网络上的两台机器之间要交流，也是如此。

七层网络模型——OSI标准

OSI 七层模型是一个标准，规定了机器（主要是电脑）之间如何通信。因此假如你想要让你的洗碗机和洗衣机通信的话，就需要遵从 OSI 模型，或者至少从 OSI 模型获得启发。这意味着需要遵从分层的通信方式。

关于这七层模型，有一个记忆口诀：
All People Seem To Need Data Processing

翻译成英语是“似乎所有人都需要数据处理”。这一句话由七个英语单词组成，每一个的首字母正好是按第 7 层到第 1 层的首字母的顺序。

记忆	解释
All	Application
People	Presentation
Seem	Session
To	Transport
Need	Network
Date	Datelink
Process	Physical

当然，‍标准和实际应用还是有区别的，实际运用起来是如下的五层网络模型。

五层网络模型

OSI	功能	TCP/IP协议
应用层	文件传输、电子邮件、文件服务	HTTP、FTP、STMTP、DNS、Telmet等
传输层	提供端对端的接口	TCP、UDP
网络层	为数据包选择路由	IP、ICMP等
数据链路层	传输有地址的帧、错误检测功能	ARP 等
物理层	物理媒体	1000BASE-SX等

比如：
A客户端 – B服务器传输数据：
首先经过应用层，
往下，到达传输层，所有的都会经过传输
往下网络层，路由选择
数据链路层，中继器，路由器
最后到达物理层，网线 或者 无线电波

由下往上，数据组包，组好数据–>字符串或者JSON数据，

我们用到最多的是应用层协议，

根据IP地址到 Web服务器–>操作系统–>80端口–>Ngix–>UWSGI

解析地址–DNS，通过域名查询IP协议。
浏览器实现了HTTP协议

聊天工具与HTTP协议不一样，如果直接与底层协议打交道，编程复杂

操作系统给我们提供了SOCKET，一种API，方便直接跟传输层打交道。

实现自己的应用功能，HTTP协议单向，Socket编程的意义。Socket本身并不是协议，是工具，用于连接应用和TCP/UDP打交道，从而实现自己的协议。

Client和Server实现通信

TCP服务器和客户端连接图如下：

Python Socket编程

简易通信：

1. 创建一个服务器server_socket.py，绑定本地IP，端口9999，然后进行服务监听，然后等待客户端发送数据，并打印从客户端接收到的数据。

# server_socket.py
import socket


# 创建套接字
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定IP和端口,元组存储地址和端口
server.bind(('0.0.0.0', 9999))
# 服务端监听
server.listen()
# accept接受到用户的请求
sock, addr = server.accept()
# 接受从客户端发送的数据,一次获取1k的数据
data = sock.recv(1024)
# 打印接收的数据
print(data.decode('utf8'))
# 关闭服务器连接
server.close()

2. 创建客户端client_socket.py，向本地IP，9999端口发起连接

# client_socket.py
import socket


# 创建套接字
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 要连接的服务器
client.connect(('127.0.0.1', 9999))
# 要发送的数据
client.send('Hello, Server'.encode('utf8'))
# 关闭连接
client.close()

先运行服务器程序，然后允许客户端程序，再回到服务器端控制台，可以看到如下输出：

双向通信：

# socket_server.py
import socket


# 创建套接字
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定IP和端口,元组存储地址和端口
server.bind(('0.0.0.0', 8888))
# 服务端监听
server.listen()
# accept接受到用户的请求
sock, addr = server.accept()
# 循环发送与接收消息
while True:
    # 接受从客户端发送的数据,一次获取1k的数据
    data = sock.recv(1024)
    # 打印客户端接收的数据
    print('客户端:', data.decode('utf8'))
    # 服务器发送给客户端的数据
    re_data = input('服务器:')
    sock.send(re_data.encode('utf8'))

# client_socket.py
import socket


# 创建套接字
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 要连接的服务器
client.connect(('127.0.0.1', 8888))
while True:
    # 要发送的数据
    re_data = input('客户端:')
    client.send(re_data.encode('utf8'))
    # 要接收的数据
    data = client.recv(1024)
    print('服务端:', data.decode('utf8'))

我们还是先运行服务器代码socket_server.py，接着运行客户端client_socket.py

1. 客户端给服务器发送：你好，服务器。
2. 在服务器端收到信息后，回复一个：Hello，客户端
3. 客户端再给服务端：一起来聊天吧

演示如下：


通过这个过程，实现了单个客户端与服务器的通信，如果说一个服务器程序想同时跟多个客户端交互，就需要利用到多线程编程，这里先不讲。

Socket编程是网络编程的重要组成部分，掌握异步IO和协程的前提，关于Socket编程还有更多内容等着学习。

大佬们都推荐的书籍：
TCP/IP 详解 卷一：协议