本文我们用 Python 来实现一个client-Server的简单的程序，在开始写具体的程序之前，我们看一下网络中两个应用程序是如何通信的.

1. 网络应用程序是如何通信的

我们回顾一下经典的 TCP/IP 网络分层模型。从字面意思来看TCP/IP是TCP和IP协议的合称，但实际上TCP/IP协议是指因特网整个TCP/IP协议族。不同于ISO模型的七个分层，TCP/IP协议参考模型把所有的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中，每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务，如下图所示：

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TCP/IP协议参考模型

下面分别介绍一下各个层的主要作用：
1）网络接口层：网络接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。

2）网际互联层：网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。该层有四个主要协议：网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个不可靠、无连接的数据报传递服务。

3）传输层：传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务；而UDP协议供的是不可靠的、无连接的数据传输服务。

4）应用层：应用层对应于OSI参考模型的会话层、表示层和应用层，为用户提供所需要的各种服务，例如FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

我们以应用层FTP服务为例，说明两台主机通过TCP/IP协议的通信过程。除物理层是实际传输数据的，其他对等层只是虚拟通信（所以画的是虚线），对等层一般需要遵照相同的协议。上层传输数据只与相邻上下层有关系。TCP及以下层是由操作系统内核实现，是处理通信细节，而应用层程序是通过socket编程实现的，处理的是应用程序细节。

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FTP服务通信过程

2. socket在网络编程中的作用

通过前面的分析，我们知道应用层程序在进行网络通讯时，不需要关心传输层及以下层的实现细节，我们只需要通过抽象的 socket 接口进行功能编写通讯逻辑，如下图所示：

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socket的作用

socket 描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，用来实现不同计算机间的通信。由于 socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。需要说明的是，对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。
那么应用程序如何使用 socket 进行通信的呢，如下图所示：

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socket通信过程

所以对于一个服务器端应用程序，它首先创建一个 socket，绑定并监听某个端口，然后通过调用 accpet 接口等待来自客户端的连接。此时客户端程序通过创建的 socket，发起 connect 到该服务器的端口上请求，如果连接成功，双方则建立了一个可靠的通信通道。这时客户端和服务器端都可以通过 send 发送内容到对方，对方则通过调用 recv 接口接收这些数据。完成通信过程后，则只需要调用各自的 close 接口关闭该 socket，释放该端口资源。

3. 用Python实现简单的client和server网络程序

上一节对应用程序使用 socket 进行网络通讯的过程进行了说明，下面就开始正式用 Python 编写我们的客户端和服务器端程序（该代码来自《Python核心编程（第二版）》的第16章），它实现的功能是客户端发送字符串到服务器端后，会返回一个带时间戳的字符串给客户端。

服务器端 server.py

#coding:utf-8
import socket
from time import ctime

HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = ('127.0.0.1', PORT)

# 服务器端创建 socket
serverSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
serverSock.bind(ADDR)
serverSock.listen(5)

while True:
    server2client_Sock, addr = serverSock.accept()

    while True:
        data = server2client_Sock.recv(BUFSIZE)

        # 如果数据接收完，则退出 recv, 进入到下一个连接
        if not data:
            break

        server2client_Sock.send('[%s] %s' % (ctime(), data))

    server2client_Sock.close()

serverSock.close()

客户端 client.py

#coding:utf-8
import socket
from time import ctime

HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)

# 客户端创建 socket
clientSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
clientSock.connect(ADDR)


while True:
    data = raw_input("> ")
    if not data:
        break

    clientSock.send(data)

    recData = clientSock.recv(BUFSIZE)
    if not recData:
        break

    print recData

clientSock.close()

对照上面 socket 通信过程的图，很容易看懂代码的意思，所以这里主要看一下server.py 中 while 循环部分的逻辑。执行 python server.py，进入到第一个while 循环后，调用 accept 函数会使得服务器端进入阻塞等待模式，等待客户端的连接。这时如果客户端有连接到达时，该函数会返回，于是进入到第二个 while 循环内部，该循环主要用来处理这一次的连接，在该连接保持阶段客户端和服务器可以进行多次通讯。

那么连接什么时候结束呢？在本次示例中，当客户端发送的内容为空时，则服务器端会退出连接部分的 while 循环，关闭本次连接的 socket，于是退回到主循环进入等待下一个客户端的连接。至此，一个简单的client-server 模式的Python 程序即完成。

4. 问题分析

细心的读者可以发现，这样的 server.py 服务器一次只能处理一个客户端的连接，我们可以在打开 server.py 时，同时启动两个客户端进程，我们发现只有在第一个客户端结束后，才会开始处理第二个客户端的连接请求。像这样一次只能处理一个连接的服务器肯定是没有实际用途的，那如何能够做一次处理多个连接，最重要的是怎么让同时处理多个连接更高效，进而可以支撑起非常高的并发呢？下面一章我们将讨论解决这个问题的方法，以及tornado是如何做的。

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