Python网络编程之基本架构与socket模块

两种架构

我们了解的涉及到两个程序之间通讯的应用大致可以分为两种：

第一种是应用类：qq、微信、网盘、优酷这一类是属于需要安装的桌面应用。

第二种是web类：比如百度、知乎、谷歌等使用浏览器访问就可以直接使用的应用。

这些应用的本质其实都是两个程序之间的通讯，而这两个分类又对应了两个软件开发的架构。

C/S架构

Client/Server，客户端和服务器结构。这种架构也是从用户层面（也可以是物理层面）来划分的。这里的客户端一般泛指客户端应用程序exe文件等，程序需要先安装后，才能运行在用户的电脑上，对用户的电脑操作系统环境依赖较大。

B/S架构

Browser/Server，浏览器端和服务器架构。这种架构是从用户层面来划分的，Browser浏览器，其实也是一种Client客户端，只是这个客户端不需要大家去安装什么应用程序，只需在浏览器上通过HTTP请求服务器端相关的资源（网页资源），客户端Browser浏览器就能进行增删改查。

socket模块

socket

中文：套接字。套接字是计算机网络数据结构，它体现了上节中所描述的“通信端点”的概念。

套接字的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，它是加利福尼亚大学的伯克利版本 UNIX（称 为 BSD UNIX）的一部分。因此，有时你可能会听过将套接字称为伯克利套接字或 BSD 套接 字。套接字最初是为同一主机上的应用程序所创建，使得主机上运行的一个程序（又名一个 进程）与另一个运行的程序进行通信。这就是所谓的进程间通信（Inter Process Communication， IPC）。有两种类型的套接字：基于文件的和面向网络的。

Python只支持 AF_UNIX、AF_NETLINK、AF_TIPC 和 AF_INET 家族。

AF_UNIX：基于文件 系统支持它们的底层基础结构，是套接字的第一个家族。

AF_NETLINK：支持无连接服务，允许使用标准的 BSD 套接字接口进行用户级别和内核级别代码之间的 IPC。

AF_TIPC：支持透明的进程间通信（TIPC）协议，允许计算机集群之中的机器相互通信，而无须使用基于 IP 的寻址方式。

AF_INET：基于网络，是使用得最广泛的。

套接字地址：主机  + 端口号

面向网络两种方式连接操作步骤如图：

socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。

基于TCP的socket

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端。

server端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # loop back host
PORT = 8080  # the port number must be greater than or equal to 1024
ADDRESS = (HOST, PORT)  # must be a tuple

ss = socket.socket()  # create socket
ss.bind(ADDRESS)  # bind ADDRESS
ss.listen()  # listen
con, add = ss.accept()  # accept a tuple (socket_object,address)
print(con, add)
res = con.recv(1024)
print(res)
con.send(b'Hello')  # send binary

con.close()  # close con
ss.close()  # close socket_object

client端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # loop back host
PORT = 8080  # the port number must be greater than or equal to 1024
ADDRESS = (HOST, PORT)  # must be a tuple

ss = socket.socket()  # create socket
ss.connect(ADDRESS)  # connect ADDRESS
ss.send(b'This is Python')  # only send binary
res = ss.recv(1024)  # the size every time can receive
print(res)

ss.close()

执行方法：先打开服务器，然后打开客户端。

结果：

server端：

('127.0.0.1', 1122)
b'This is Python'

Process finished with exit code 0

client端：

b'Hello'

Process finished with exit code 0

基于UDP协议的socket

udp是无链接的，启动服务之后可以直接接受消息，不需要提前建立链接。

server端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # loop back host
PORT = 8080  # the port number must be greater than or equal to 1024
ADDRESS = (HOST, PORT)  # must be a tuple

ss = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # for UDP, type=socket.SOCK_DGRAM
ss.bind(ADDRESS)  # bind ADDRESS
msg, add = ss.recvfrom(1024)  # the size every time can receive
print(msg)

ss.sendto(b'Hello', add)  # binary parameter, ADDRESS
ss.close()

client端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # loop back host
PORT = 8080  # the port number must be greater than or equal to 1024
ADDRESS = (HOST, PORT)  # must be a tuple

ss = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # for UDP, type=socket.SOCK_DGRAM
ss.sendto(b'This is Python', ADDRESS)  # binary parameter, ADDRESS
msg, add = ss.recvfrom(1024)  # the size every time can receive
print(msg.decode('utf-8'), add)  # must be decode
ss.close()

执行方法：先打开服务器，然后打开客户端。

结果：

server端：

b'This is Python'

Process finished with exit code 0

client端：

Hello ('127.0.0.1', 8080)

Process finished with exit code 0

简单QQ聊天程序

服务端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
ADDRESS = (HOST, PORT)
BUFF_SIZE = 1024

ss = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
ss.bind(ADDRESS)
while 1:
    c_msg, add = ss.recvfrom(BUFF_SIZE)
    print("FROM[%s : %s]:\033[1;44m%s\033[0m" % (add[0], add[1], c_msg.decode('utf-8')))
    s_msg = input("REPLY:").strip()
    ss.sendto(s_msg.encode('utf-8'), add)

客户端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
ADDRESS = (HOST, PORT)
BUFF_SIZE = 1024

sc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
name_dict = {
    'Mike': ADDRESS,
    'Nick': ADDRESS,
    'Jane': ADDRESS,
    'Mary': ADDRESS
}

while 1:
    choose_name = input("Please input a person you want to talk:")
    if choose_name not in name_dict.keys():
        print("Please input correct name,initial capital.")
        continue
    while 1:
        c_msg = input("Please input message,press 'Enter' to send, 'Q' for exit:").strip()
        if c_msg == 'Q':
            break
        if not c_msg:
            print("Please input something:")
            continue
        sc.sendto(c_msg.encode('utf-8'), name_dict[choose_name])
        s_msg, add = sc.recvfrom(BUFF_SIZE)
        print("FROM[%s : %s]:\033[1;44m%s\033[0m" % (add[0], add[1], c_msg.encode('utf-8')))
    sc.close()

执行方法：先打开服务器，然后打开客户端。

结果：

（略）

时间服务器（为发送至服务器的内容打上时间）

服务端：

import socket
import time

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
ADDRESS = (HOST, PORT)
BUFF_SIZE = 1024

ss = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
ss.bind(ADDRESS)

while 1:
    msg, add = ss.recvfrom(BUFF_SIZE)
    time_format = '%Y-%m-%d %X'
    t = time.strftime(time_format)
    back_msg = (t + '  ').encode('utf-8') + msg

    if msg:
        ss.sendto(back_msg, add)
    else:
        ss.sendto((t + "  Empty string invalid").encode('utf-8'), add)

客户端：

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
ADDRESS = (HOST, PORT)
BUFF_SIZE = 1024

sc = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while 1:
    msg = input("Please input anything you want:")
    sc.sendto(msg.encode('utf-8'), ADDRESS)
    re_msg, add = sc.recvfrom(BUFF_SIZE)
    print(re_msg.decode('utf-8'))
sc.close()

结果：

服务端：

（无结果，等待状态）

客户端：

Please input anything you want:Hello
2018-08-15 13:55:19  Hello
Please input anything you want:This is Python
2018-08-15 13:55:26  This is Python
Please input anything you want:
2018-08-15 13:55:28  Empty string invalid
Please input anything you want:

...

socket参数详解

socket.socket(family=AF_INET,type=SOCK_STREAM,proto=0,fileno=None)

socket 参数说明

family	AF_INET（默认值） AF_INET6（IPV6使用） AF_UNIX（Unix早期文件通信）AF_CAN（原始套接字，操作底层）和AF_RDS。
type	SOCK_STREAM（默认值，TCP） SOCK_DGRAM（UDP） SOCK_RAW（IP、ICMP等）或其它。
proto	协议号通常为零,可以省略,或者在地址族为AF_CAN的情况下,协议应为CAN_RAW或CAN_BCM之一。
fileno	如果指定了fileno，则其他参数将被忽略，导致带有指定文件描述符的套接字返回。与socket.fromfd()不同，fileno将返回相同的套接字,而不是重复的，这有助于使用socket.close()关闭一个独立的插座。