网络编程之socket

一、 socket概念

1、socket层：

socket在传输层和应用层之间，就是封装了一堆TCP/UDP协议的简单接口

2、socket是什么

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，在设计模式中，socket其实就是一个门面模式，他把复杂的TCP/IP协议族隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。

　　所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

其实站在你的角度上看，socket就是一个模块。我们通过调用模块中已经实现的方法建立两个进程之间的连接和通信。
也有人将socket说成ip+port，因为ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序。
所以我们只要确立了ip和port就能找到一个应用程序，并且使用socket模块来与之通信。

 

套接字发展史及分类

套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。 

基于文件类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

基于网络类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET

(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

3、套接字流程

 一个生活中的场景，你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这是你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

具体:

 　　先从服务器端说起，服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定（bind），对端口进行监听（listen），调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器（connet），如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。代码如下：

一、基于TCP协议的socket

注 ：启动时应该先启动 server端 ，再启动 client端。

 

sever端：

import socket
sk = socket.socket()  # 创建了一个socket对象
sk.bind(('192.168.21.36',8080))  # 绑定一台机器的(ip,端口)
# 回环地址 - 指向自己这台机器
sk.listen()    # 建立监听等待别人连接
conn,addr = sk.accept()       # 阻塞:在这里等待直到接到一个连接
# conn是连接
# addr是对方的地址
print(conn)
print(addr)
conn.send(b'hello')              # 和对方打招呼
msg = conn.recv(1024)                 # 对方和我说的话
# 有发必有收 收发必相等
print(msg)
conn.close()                      # 挂电话
sk.close()                        # 关机

　　

 client 端

import socket
sk = socket.socket()  # 买个手机
sk.connect(('127.0.0.1',8080))  # 拨号
ret = sk.recv(1024)
print(ret)
sk.send(b'byebye!')
sk.close()

　　

问题：在启动服务端时可能会遇到 端口报错 这时是因为此端口可能已被占用，无法重复使用，那该怎么解决呢？

 

#加入一条socket配置，重用ip和端口
import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址绑定到套接字
sk.listen()          #监听链接
conn,addr = sk.accept() #接受客户端链接
ret = conn.recv(1024)   #接收客户端信息
print(ret)              #打印客户端信息
conn.send(b'hi')        #向客户端发送信息
conn.close()       #关闭客户端套接字
sk.close()        #关闭服务器套接字(可选)

 

二、基于UDP协议的socket

server端：

import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # 建立一个socket对象,
# 指定以UDP协议的形式来连接
sk.bind(('127.0.0.1',8080))
# 指定服务的地址

msg,addr = sk.recvfrom(1024) # 接收消息,发送端的地址
print(msg,addr)
sk.sendto(b'HELLO',addr)   # 给发送端回复消息

sk.close()  # 关闭socket连接

　　

client端：

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

sk.sendto(b'hello',('127.0.0.1',8080))   # 直接给服务器发送一段消息

msg,addr = sk.recvfrom(1024)   # 接收对面的回信

print(msg)

sk.close()

　　

聊天小工具应用：

 

import socket
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
sk.bind(('192.168.21.36',9000))
sk.listen()
while True:
    conn,addr = sk.accept()  # 接收连接 三次握手conn
    while True:
        inp = input('>>>')
        if inp == 'q':
            conn.send(inp.encode('utf-8'))
            break
        conn.send(inp.encode('utf-8'))
        msg = conn.recv(1024)
        if msg == b'q':break
        print(msg.decode('utf-8'))
    conn.close()    # 四次挥手
sk.close()

 

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',9000))
while True:
    msg = sk.recv(1024)
    print(msg.decode('utf-8'))
    if msg == b'q':break
    inp = input('>>>')
    if inp == 'q':
        sk.send(inp.encode('utf-8'))
        break
    sk.send(inp.encode('utf-8'))
sk.close()

 

import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',9090))
while True:
    msg,addr = sk.recvfrom(1024)
    print('来自[%s:%s]的消息--%s'%(addr[0],addr[1],msg.decode('utf-8')))

    inp = input('>>>')
    sk.sendto(inp.encode('utf-8'),addr)

sk.close()

 

import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
addr = ('127.0.0.1',9090)
while True:
    msg = input('>>>')
    sk.sendto(msg.encode('utf-8'),addr)
    msg_recv,addr = sk.recvfrom(1024)
    print(msg_recv.decode('utf-8'))
sk.close()

 

 时间同步服务器：（适合使用UDP协议）

# 需求
#     写一个时间同步的服务器
#     服务端接收请求
#     按照client端发送的时间格式,将服务器时间转换成对应格式
#     发送给客户端
import time
import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',9000))
while True:
    msg,addr = sk.recvfrom(1024)
    # msg 客户端发送给server端的时间格式 "%Y-%m-%d %H:%M-%S"
    time_format = msg.decode('utf-8')
    time_str = time.strftime(time_format)
    sk.sendto(time_str.encode('utf-8'),addr)

sk.close()

# client端每隔一段时间发送请求到服务端
# 发送时间的格式
import time
import socket
sk = socket.socket(type = socket.SOCK_DGRAM)
sk.sendto('%Y-%m-%d %H:%M:%S'.encode('utf-8'),('127.0.0.1',9000))
msg,addr = sk.recvfrom(1024)
print(msg.decode('utf-8'))
sk.close()


# 方式一
# 操作系统的定时任务 + python代码的形式

# 方式二
# while True + time.sleep的形式

 

练习 ：  完成一个上传和下载文件的小程序 

   需求：

server端： 根据客户端需求自定义
client端：
    客户端启动之后
    选择 上传操作 还是 下载操作
    如果是上传操作 :  输入要上传的文件路径
            基础需求 :直接将文件上传到默认目录
            进阶需求 :将文件上传到指定目录
    如果是下载文件 :  输入要下载的文件路径
            基础需求 : 直接将文件下载到当前目录
            进阶需求 :将文件下载到指定目录

 

————未完待续