【socket通信】python实现简单socket通信| server和client

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前言

参考内容：
1）TCP/IP网络通信之Socket编程入门

一、socket通信基础知识

1.1基础知识

socket又名套接字。
socket启动需要的基础信息：进行通信的主机号和端口号。（端口号其实代表了进程，也就是主机上的哪一个应用程序会进行通信）
socket就像数据线一样连接于两个电脑之间，作为通信的桥梁。

1.2socket类型

socket一般有两种类型：TCP和UDP。
TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议
TCP协议是可靠的，发送的数据对方一定会收到。TCP是基于数据流的协议（data stream）.
UDP:User Datagram Protocol 用户报文协议
UDP是不可靠的，不一定保证数据一定能被对方接收到。UDP一般具有更低的延迟并且会占用更少的资源（适合语音通话）

以下内容是根据chatGPT所捕获的TCP和UDP的知识点：

TCP和UDP是两种不同的网络传输协议。TCP (Transmission Control Protocol) 是一种面向连接的协议，它建立一个可靠的连接，然后在连接上发送数据。UDP (User Datagram Protocol) 是一种无连接的协议，它不保证数据的可靠传输。TCP协议在传输数据之前需要进行三次握手，建立连接后，数据传输的可靠性较高，但是传输效率较低。UDP协议不需要建立连接，传输效率较高，但是无法保证数据的可靠性。
TCP协议适用于需要可靠数据传输的场景，例如电子邮件、文件传输、网页浏览等。UDP协议适用于需要快速传输的场景，例如音频、视频流等。

二、socket python实现

2.1.服务器代码 server.py

import socket

# 创建socket对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名和端口号
host = socket.gethostname()
port = 8888

# 将socket对象绑定到指定的主机和端口上
server_socket.bind((host, port))

# 开始监听连接
server_socket.listen(1)

# 等待客户端连接
print("等待客户端连接...")
client_socket, client_address = server_socket.accept()

print("连接来自: ", client_address)

# 接收客户端发送的数据
data = client_socket.recv(1024)

# 处理接收到的数据
print("接收到的数据为: ", data.decode())

# 发送响应数据给客户端
message = "欢迎连接到服务器!"
client_socket.send(message.encode())

# 关闭客户端连接
client_socket.close()

1）socket.gethostname()和socket.gethostbyname()是不一样的：
socket.gethostname()获取当前主机的主机名，以便在Socket连接中进行使用。如果你想要使用IP地址而不是主机名来进行Socket连接，可以使用socket.gethostbyname()函数来获取主机的IP地址。
2）关于端口号
一旦通过socket.bind()方法将一个socket对象绑定到一个IP地址和端口号上，这个socket对象就会被分配一个唯一的端口号。这个端口号可以用来发送和接收数据，从而实现Socket通信。
当客户端想要连接到这个服务器时，客户端需要知道服务器的IP地址和端口号。客户端通过这个端口号来建立Socket连接，并与服务器进行通信，从而实现数据的传输和交换。因此，端口号是Socket通信中非常重要的一个概念。
这个端口号是为这个socket对象而生的。
3）server_socket.accept()
server_socket.accept()会阻塞程序运行，直到有客户端连接进来。一旦有客户端连接进来，accept()方法就会返回一个新的socket对象client_socket和该客户端的地址信息client_address。
通过client_socket可以和该客户端进行通信，而client_address包含了该客户端的IP地址和端口号，可以用于标识该客户端的身份。

2.2.客户端代码 client.py

import socket

# 创建socket对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取服务器的主机名和端口号
host = socket.gethostname()
port = 8888

# 连接到服务器
client_socket.connect((host, port))

# 发送消息给服务器
message = "Hello, 服务器!"
client_socket.send(message.encode())

# 接收服务器发送的响应数据
data = client_socket.recv(1024)

# 处理接收到的响应数据
print("接收到的数据为: ", data.decode())

# 关闭客户端连接
client_socket.close()

1）与服务器代码的不同之处：
与服务器代码相比，客户端代码的主要区别在于它使用了socket.connect()方法连接到服务器，并使用socket.send()方法发送消息给服务器，而服务器代码则使用socket.bind()方法绑定一个IP地址和端口号，并使用socket.listen()方法监听客户端连接请求，然后使用socket.accept()方法接受客户端连接，并使用socket.recv()方法接收客户端发送的消息。
2）message.encode()
message.encode()是Python中字符串的一个方法，用于将字符串编码为字节序列。在Python中，字符串是以Unicode编码存储的，而网络传输中常使用字节序列来传输数据，因此需要将字符串编码为字节序列才能在网络上传输。
message.encode()方法将字符串message按照默认的编码方式（通常是UTF-8编码）编码为字节序列，并返回一个bytes类型的对象。这个bytes对象可以直接传输给socket的send()方法发送到网络中。在接收端，需要将接收到的字节序列使用相应的解码方法（如bytes.decode()方法，这个在服务器程序中出现过）解码为字符串。

2.3.如何运行

使用方法：分别用两个终端cmd运行两个py文件（先服务器后客户端），最后得到的结果如下：
服务器：

客户端：

以上代码肯定对于初学者会衍生出来不少问题
1）客户端的端口号应该设置成什么样子？
在Socket通信中，端口号是用来标识服务器程序或客户端程序的。在服务器程序中，我们需要指定一个端口号，以便客户端程序可以连接到该端口上进行通信。通常情况下，我们可以选择一些预定义的端口号，例如HTTP协议的端口号是80，SMTP协议的端口号是25等。但是，如果预定义的端口号已经被占用或者不适合我们的应用程序，我们也可以选择自定义端口号。
在你提供的代码中，端口号是自定义的，可以根据需要进行设置。一般情况下，我们可以选择一些未被占用的端口号，例如8888。
2）相应之下，是不是客户端的端口号也需要设置为相同的值？

如果服务器的端口号设置为8888，那么客户端在连接服务器时也需要指定端口号为8888。这样客户端才能够连接到正确的端口上，与服务器进行通信。在Socket通信中，端口号是用来标识服务器程序或客户端程序的，因此在客户端和服务器之间进行通信时，端口号必须保持一致才能够成功建立连接。

补充的计网知识

部分答案来自chatgpt
1）特殊地址：127.0.0.1

127.0.0.1是一个特殊的IP地址，也称为本地回环地址。它指向本机的网络接口，也就是说，当你访问这个地址时，实际上是在访问本机自己。这个地址通常用于测试网络应用程序，以及在本机上安装一些服务器软件时，可以使用这个地址进行测试。例如，当你在本机上安装了一个Web服务器，可以使用浏览器访问127.0.0.1来测试Web服务器是否正常工作。
2）
host = socket.gethostbyname(socket.gethostname()) 和host="127.0.0.1"是不是一个意思？
host = socket.gethostbyname(socket.gethostname()) 和 host=“127.0.0.1” 不完全相同，虽然它们都可以用于指定本机的IP地址。
socket.gethostbyname(socket.gethostname()) 会返回当前主机的IP地址，这个地址可以是一个局域网IP地址，也可以是一个公网IP地址。如果你的电脑连接了一个局域网，那么这个IP地址就可以用于在局域网内进行通信。
host=“127.0.0.1” 则表示使用本机的回环地址（loopback address），也就是127.0.0.1。这个地址是一个特殊的IP地址，它只能在本机内部使用，不能用于在局域网或公网进行通信。
在上述代码中，使用 socket.gethostbyname(socket.gethostname()) 可以获取本机的IP地址，这样就可以在局域网内进行通信。如果你只是在本机内部进行通信，也可以使用 host=“127.0.0.1”。

3）进程间通信和socket通信的区别
进程间通信和Socket通信是两种不同的通信方式，它们的实现机制和应用场景都有所不同。
进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）是指在同一台计算机上运行的不同进程之间进行通信的机制，主要用于实现同一计算机上不同应用程序之间的数据传输。IPC机制可以通过命名管道（named pipe）、共享内存、消息队列、信号量等方式来实现，它们的实现都是通过操作系统提供的API来实现的。IPC通信的优点是速度快、可靠性高，但是只能在同一台计算机上进行通信。
Socket通信是一种基于网络的通信方式，它是通过一组标准的TCP/IP协议来实现的，可以在不同计算机之间实现数据传输。Socket通信是一种面向连接的通信方式，通信的过程中需要建立连接、传输数据、断开连接等步骤，因此它的实现比IPC要复杂一些。Socket通信的优点是可以在不同的计算机之间进行通信，可以实现跨网络的数据传输，但是相对于IPC，Socket通信的速度会稍微慢一些。
总之，进程间通信和Socket通信都有各自的优缺点，需要根据具体的应用场景来选择合适的通信方式。如果只需要在同一台计算机上进行通信，可以选择IPC机制；如果需要在不同的计算机之间进行通信，可以选择Socket通信。

4）socket通信和网络通信是一个概念吗

Socket通信和网络通信是相关的概念，但并不完全等同。
网络通信是指通过计算机网络进行数据传输的过程，包括了多种不同的通信方式和协议，例如TCP/IP、HTTP、FTP等。网络通信的目的是将数据从一个计算机传输到另一个计算机，使得不同计算机之间可以互相传递信息。
Socket通信是一种基于网络的通信方式，它是通过一组标准的TCP/IP协议来实现的。在Socket通信中，数据传输需要经过网络协议栈的处理，其中TCP/IP协议是最常用的网络协议之一。Socket通信是一种面向连接的通信方式，通信的过程中需要建立连接、传输数据、断开连接等步骤，因此它的实现比其他网络通信方式要复杂一些。
因此，可以说Socket通信是网络通信的一种具体实现方式，它是通过TCP/IP协议来实现的。网络通信涵盖了多种不同的通信方式和协议，而Socket通信是其中一种实现方式。

5）字符串编码和字节序列是？
当我们需要在网络上传输数据时，需要将数据编码为字节序列，才能通过网络进行传输。而在Python中，字符串是以Unicode编码存储的，因此需要将字符串编码为字节序列才能在网络上传输。
下面是一个例子，将字符串编码为字节序列：

s = “hello world”
b = s.encode()

print(b) # b’hello world’

在这个例子中，我们先定义了一个字符串s，然后使用s.encode()方法将其编码为字节序列b，并将其打印出来。输出结果是b’hello world’，表示字符串"hello world"已经被编码为一个bytes类型的对象。
当接收方接收到字节序列后，需要将其解码为字符串才能进行处理。下面是一个将字节序列解码为字符串的例子：

b = b’hello world’
s = b.decode()

print(s) # hello world

在这个例子中，我们先定义了一个字节序列b，然后使用b.decode()方法将其解码为字符串s，并将其打印出来。输出结果是hello world，表示字节序列b’hello world’已经被解码为字符串"hello world"。