【Python高阶技巧】Socket网络编程

一、网络编程
二、Socket网络编程
三、服务端和客户端
四、Socket服务端编程
五、Socket客户端编程
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一、网络编程

网络编程是指通过计算机网络进行数据交换和通信的程序开发过程。网络编程涉及到多种协议、技术和编程语言，旨在实现计算机之间的数据传输和通信。

以下是网络编程的一些基本概念和要点：

1. 计算机网络： 计算机网络是指通过通信链路相互连接的计算机集合。它可以是局域网（LAN）、广域网（WAN）、互联网等。网络编程的目的是在这些网络上实现数据传输和通信。

2. 协议： 在计算机网络中，通信需要遵循一定的规则和约定，这些规则和约定被称为协议。常见的网络协议包括TCP/IP、HTTP、FTP、SMTP等。

3. TCP/IP模型： TCP/IP是一个网络协议族，它包括多个层次，每个层次负责不同的功能。TCP/IP模型的主要层次有物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

4. 套接字（Socket）： 套接字是实现网络通信的一种机制，它允许不同计算机上的进程通过网络进行数据交换。套接字可以用于实现不同的网络协议，如TCP和UDP。

5. 服务端和客户端： 网络通信中通常涉及到服务端和客户端。服务端负责监听连接请求，处理客户端的请求；客户端则发起连接请求，并向服务端发送请求。

6. HTTP协议： 超文本传输协议（HTTP）是一种用于传输超媒体文档（例如HTML）的协议。它是Web开发中最常用的协议之一，基于客户端-服务器模型。

7. Socket编程： Socket编程是通过套接字实现网络通信的一种编程方式。它可以用于实现多种协议，包括TCP和UDP。Socket编程可以使用不同编程语言实现，如Python、Java、C等。

8. 异步编程： 在网络编程中，为了提高效率和性能，常常使用异步编程模型。异步编程允许程序在等待某些操作完成的同时执行其他操作，以避免阻塞。

9. 安全性： 网络编程中的安全性是一个重要的考虑因素。加密通信、身份验证、防火墙等机制用于保障网络通信的安全性。

网络编程在实际应用中涵盖广泛，包括Web开发、即时通讯、远程调用、文件传输等领域。不同的应用场景可能需要选择不同的网络协议和编程技术。

二、Socket网络编程

Socket是一种在计算机网络中实现通信的一种机制，它允许在网络上的两个不同设备之间进行数据交换。Socket编程是使用Socket接口进行网络通信的一种编程方式，它可以在不同的计算机之间实现进程间的通信。

以下是Socket网络编程的一些基本概念和步骤：

1. Socket概念： Socket是一种通信机制，它提供了一种在网络上进行数据交换的方式。Socket可以用于同一台计算机上的进程间通信，也可以用于不同计算机之间的网络通信。

2. Socket类型： Socket有两种基本类型，一种是流式套接字（Socket type SOCK_STREAM），用于建立可靠的、面向连接的通信；另一种是数据报套接字（Socket type SOCK_DGRAM），用于不可靠的、无连接的通信。

3. 服务器端和客户端： 在Socket通信中，通常会有一个服务器端和一个或多个客户端。服务器端负责监听并接受客户端的连接请求，而客户端则发起连接请求。

4. 套接字地址： 在Socket通信中，每个套接字都有一个地址，包括IP地址和端口号。服务器端需要绑定一个地址用于监听，而客户端在连接时需要指定连接的目标地址。

5. 建立连接： 在流式套接字通信中，建立连接是一个重要的步骤。服务器端调用bind()绑定地址并调用listen()监听连接请求，客户端调用connect()发起连接请求。

6. 数据传输： 连接建立后，服务器端和客户端可以通过套接字进行数据传输。在流式套接字中，可以使用send()和recv()进行数据的发送和接收。

7. 关闭连接： 连接建立后，当通信完成或发生错误时，需要调用close()关闭连接。

8. UDP通信： 在数据报套接字通信中，通信是无连接的，每个数据包都是独立的。服务器端使用recvfrom()接收数据，客户端使用sendto()发送数据。

以下是一个简单的Python示例，演示了一个简单的TCP服务器和客户端：

服务器端：

import socket

# 创建一个TCP/IP套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定地址和端口
server_address = ('localhost', 8080)
server_socket.bind(server_address)

# 监听连接
server_socket.listen(1)

while True:
    print("等待连接...")
    connection, client_address = server_socket.accept()
    print("接收到连接，客户端地址:", client_address)

    try:
        data = connection.recv(1024)
        print("接收到数据:", data.decode('utf-8'))
    finally:
        connection.close()

客户端：

import socket

# 创建一个TCP/IP套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接服务器
server_address = ('localhost', 8080)
client_socket.connect(server_address)

try:
    message = "Hello, server!"
    client_socket.sendall(message.encode('utf-8'))
finally:
    client_socket.close()

这只是一个简单的示例，实际的Socket编程涉及到更多的细节和异常处理。

三、服务端和客户端

服务端和客户端是计算机网络中两个基本角色，它们通过网络进行通信，实现数据的传输和交互。以下是服务端和客户端的概述：

服务端（Server）：

1. 定义： 服务端是提供网络服务或资源的计算机或程序。它通常持续运行，等待客户端的连接请求，并响应客户端的请求。

2. 功能： 服务端负责监听端口，接受客户端的连接请求，处理客户端的请求，并向客户端提供相应的服务或资源。

3. 特点：

   • 通常拥有固定的IP地址和域名。
   • 在服务端常驻的程序可以是Web服务器、数据库服务器、文件服务器等。

4. 通信模型： 服务端通常采用并发模型，能够同时处理多个客户端的请求。常见的并发模型有多线程、多进程、事件驱动等。

5. 例子： Web服务器（如Apache、Nginx）、数据库服务器（如MySQL、PostgreSQL）等。

客户端（Client）：

1. 定义： 客户端是请求服务或资源的计算机或程序。它通过网络连接到服务端，并发送请求，等待服务端的响应。

2. 功能： 客户端发起连接请求，向服务端发送请求数据，并接收服务端的响应数据。它的主要任务是与服务端进行通信。

3. 特点：

   • 可以是用户操作的应用程序，也可以是其他服务或设备的请求发起者。
   • 通常拥有动态分配的IP地址。

4. 通信模型： 客户端通常采用阻塞或非阻塞模型，等待服务端的响应或继续执行其他任务。

5. 例子： Web浏览器、FTP客户端、数据库客户端等。

通信流程：

1. 连接建立： 客户端发起连接请求，服务端监听端口并接受连接。
2. 请求-响应： 客户端向服务端发送请求，服务端处理请求并返回响应。
3. 连接关闭： 通信结束后，客户端或服务端关闭连接。

服务端和客户端的配合使得网络通信成为可能，允许在分布式环境中进行数据交换和协同工作。常见的网络应用都涉及服务端和客户端之间的交互，如网页浏览、电子邮件、即时通讯等。

四、Socket服务端编程

服务端代码

"""
演示Socket服务端开发
"""
import socket
# 创建Socket对象
socket_server = socket.socket()
# 绑定ip地址和端口
socket_server.bind(("localhost", 8888))
# 监听端口
socket_server.listen(1)
# listen方法内接受一个整数传参数，表示接受的链接数量
# 等待客户端链接
# result: tuple = socket_server.accept()
# conn = result[0]        # 客户端和服务端的链接对象
# address = result[1]     # 客户端的地址信息
conn, address = socket_server.accept()
# accept方法返回的是二元元组(链接对象， 客户端地址信息)
# 可以通过 变量1, 变量2 = socket_server.accept()的形式，直接接受二元元组内的两个元素
# accept()方法，是阻塞的方法，等待客户端的链接，如果没有链接，就卡在这一行不向下执行了

print(f"接收到了客户端的链接，客户端的信息是：{address}")

while True:
    # 接受客户端信息，要使用客户端和服务端的本次链接对象，而非socket_server对象
    data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
    # recv接受的参数是缓冲区大小，一般给1024即可
    # recv方法的返回值是一个字节数组也就是bytes对象，不是字符串，可以通过decode方法通过UTF-8编码，将字节数组转换为字符串对象
    print(f"客户端发来的消息是：{data}")
    # 发送回复消息
    msg = input("请输入你要和客户端回复的消息：")
    if msg == 'exit':
        break
    conn.send(msg.encode("UTF-8"))
# 关闭链接
conn.close()
socket_server.close()

实现服务端并结合客户端进行测试

下载网络调试助手作为客户端
https://github.com/nicedayzhu/netAssist/releases

五、Socket客户端编程

客户端代码

"""
演示Socket客户端开发
"""
import socket
# 创建socket对象
socket_client = socket.socket()
# 连接到服务端
socket_client.connect(("localhost", 8888))

while True:
    # 发送消息
    msg = input("请输入要给服务端发送的消息：")
    if msg == 'exit':
        break
    socket_client.send(msg.encode("UTF-8"))
    # 接收返回消息
    recv_data = socket_client.recv(1024)        # 1024是缓冲区的大小，一般1024即可。 同样recv方法是阻塞的
    print(f"服务端回复的消息是：{recv_data.decode('UTF-8')}")
# 关闭链接
socket_client.close()

服务端客户端相互通讯