Python进阶之Socket网络编程

Socket是什么?

  1. Socket 是电脑网络中进程间数据流的端点
  2. Socket 是操作系统的通信机制
  3. 应用程序通过Socket进行网络数据的传输

首先,简单了解一下TCP通信过程
Python进阶之Socket网络编程_第1张图片

TCP三次握手(面试常考):
第一次握手:客户端 发送SYN报文,设置随机数序号X,服务器由SYN=1知道,客户端要求建立联机

第二次握手:服务器端接收到客户端的报文之后,经过处理,返回给客户端SYN+ACK报文,同时设置随机序号Y,此时返回的报文确认ACK=X+1

第三次握手:接收到报文的客户端,会在处理确认之后,再发送一个报文给服务器端,此时确认为ACK=Y+1

服务器端接收到客户端发送的报文之后,会在服务器端与客户端形成一种通路,此后的数据就可以在这个通路上就可以传输。

Socket使用TCP协议的通信过程与上述相当类似
Python进阶之Socket网络编程_第2张图片

Socket通信方式
i
Socket分为TCP和UDP两种不同的通信方式

为什么选择 Socket?

Socket是基础应用,适应多种网络协议,服务器的传输大量涉及网络协议,离不开Socket的应用

以下编写简单的服务器和客户端程序(以本机为例):
服务器端程序:

#导入socket模块(需要预先pip)
import socket
#创建实例
sk = socket.socket()      #鼠标放在内建函数上,Ctrl+B,可以查看源码
ip_port = ("127.0.0.1",8888)      #绑定ip和port,以本机(127.0.0.1)和其他端口(8888)为例
sk.bind(ip_port)      #绑定监听
sk.listen(5)        #最大连接数,大多数程序设置5足够

print("正在接受数据")        #打印一行提示信息

conn,address =sk.accept()      #接收数据
msg ="hello world"    #定义数据
conn.send(msg.encode())      #返回信息 , python3发送和接收网络数据是byte类型,如果发送的是str类型就需要进行编码
conn.close()     #关闭连接

客户端程序:

#导入socket模块
import socket

client = socket.socket()   #实例初始化
ip_port = ("127.0.0.1", 8888)  #访问服务器端的ip和端口

client.connect(ip_port)    #连接服务器
data = client.recv(1024)   #接收服务器信息
print(data.decode())   #打印信息,python3是传输byte类型 ,需要编码。

实现socket客户端一次连接中连续消息发送:

server端:

#导入socket模块
import socket
import random

sk=socket.socket()    #创建实例
ip_port =("127.0.0.1",8888)   #定义绑定IP和port
sk.bind(ip_port)    #绑定监听
sk.listen(5)    #设置最大连接数

while True:        #连续接收数据
    print("正在等待接收数据。。。。。")     #提示信息
    server,address=sk.accept()    #接收数据
    msg='欢迎来到socket世界'      #定义信息
    server.send(msg.encode())     #返回信息
    while True:                #连续接受客户端发送的消息
          data=server.recv(1024)     #接收客户端信息
          print(data.decode())        #打印获取的数据,实际开发生产一般不打印
          if data == b'exit':               #接收到退出命令
              break
          sever.send(data.encode())        #处理客户端数据
          sever.send(str(random.randint(1,50000)).encode())          #发送随机数据信息
    conn.close()       #主动关闭连接

client端:

import socket    #导入模块

client=socket.socket()        #实例初始化
ip_port =("127.0.0.1",8888)    #访问服务端IP和端口
client.connect(ip_port)      #连接sever端

while True:                                   #定义循环,发送消息
      date = client.recv(1024)         # 接收sever端信息
      print(data.decode())         # 打印接收数据
      
      msg_input=input("请输入发送的信息:")      #输入发送的信息
      client.send(msg_input.encode())          #消息发送
      if msg_input == "exit":                  #接收到退出命令
        break
        
      data= client.recv(1024)               #接收sever端信息
      print(date.decode())                   #打印接收的消息

上述是一个客户端连接服务器,接下来介绍多个客户端连接服务器:

首先对socket参数进行了解:

参数一:family地址簇

Python进阶之Socket网络编程_第3张图片
参数二:type类型
Python进阶之Socket网络编程_第4张图片
参数三:proto协议号
Python进阶之Socket网络编程_第5张图片

socket UDP通信:

服务器端:

import socket

sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
ip_port = ("127.0.0.1",8888)
sk.bind(ip_port)
while True:
      data = sk.recv(1024)
      print(data.decode())    #bytes--->(decode)--->str

客户端:

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
in_port = ("127.0.0.1",8888)

while True:
     msg_input = input("输入需要发送的信息:")
     if msg_input == "exit":
          break
     client.sendto(msg_input.encode(),in_port)     # str--->(encode)--->bytes
client.close()

socket非阻塞模块:

前面谈到的实例程序TCP socket存在阻塞,python能否实现非阻塞TCP通信,显然是可以的,不然python也不会发展这么强大。

实现途径:导入socketsever ,用多线程的方式实现非阻塞——继承socketsever对象重载setup、handle、finish方法。

import socketserver
#定义一个类
class Myserver(socketserver.BaseRequsetHandler):
    #如果handle方法报错,则会跳过
    #setup和finish方法无论如何都会执行
    #首先执行setup方法
    def setup(self):
        pass
    #然后执行handle方法
    def handle(self):
        #定义连接变量
        conn = self.request
        msg='欢迎来到socket世界'      #定义信息
        conn.send(msg.encode())     #返回信息
        while True:                #连续接受客户端发送的消息
            data=conn.recv(1024)     #接收客户端信息
            print(data.decode())        #打印获取的数据,实际开发生产一般不打印
            if data == b'exit':               #接收到退出命令
                break
            conn.send(data.encode())        #处理客户端数据
            conn.send(str(random.randint(1,50000)).encode())          #发送随机数据信息
        conn.close()
    #最后执行finish方法    
    def finish(self):
        pass

if name == "__main__":
    #创建多线程实例
    server = socketserver.ThreadingTCPServer((“127.0.0.1",8888),Myserver)
    #开启异步多线程,等待连接
    server.serve_forever()`

然后用之前的TCP客户端程序实现非阻塞多客户端通信

实例——文件上传程序:

运维通常会遇到文件上传的情况,同时没有第三方软件的时候,这个时候我们 可以自己实现文件上传
文件接收端(server):

import socket

sk = socket.socket()    #实例化模块
ip_port = ("127.0.0.1",9999)       #定义连接ip和 port
sk.bind(ip_port)      #服务器绑定端口
sk.listen(5)        #最大连接数
while True:                  #while循环客户端连接
    conn,adress = sk.accept()     # 等待客户端连接
    data_start= conn.recv(1024)      #接收发送端确认信息
    if data_start == b'yes':
        while True:
            with open("file","ab") as f:    #ab 追加二进制模式,文件不存在则创建文件
                data = conn.recv(1024)
                if data == b"exit":
                    print("文件接收完成")
                    break
                else:             #否则写入数据
                    f.write(data)
        conn.send('success'.encode())     #发送接收完成标志
    else:    #否则退出当前循环
        break
print("关闭文件接收程序")     #打印提示信息
sk.close()    #关闭连接

文件发送端(本机)(client):

import socket
sk = socket.socket()      #实例化模块
ip_port = ("127.0.0.1", 9999)      ##定义连接ip和port
sk.connect(ip_port)       #服务器连接
msg_input = input("是否开始传输文件:yes/no")    #输入开始传输标志
sk.send(msg_input.encode())       #发送消息并编码

if msg_input == 'yes':     #如果发送yes开始上传文件
    with open(”test.py“,”rb“) as f:   #打开需要上传的文件   
        for i in f:      #按每一段分割文件
            sk.send(i)               #发送文件
            data = sk.recv(1024)      #等待接收完成标志
            
            if data != b'success':       #判断服务器端是否真正的接收完成,接收完成
                print(data)
                break
                
    sk.send("exit",encode())        #给服务器端发送结束信号
    
else:     #否则关闭连接
    sk.close()

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