python套接字编程基础
python套接字编程
目录
socket是什么 套接字的工作流程 基于tcp的套接字 基于udp的套接字
socket是什么
客户端/服务器架构（C/S架构）
服务端:提供服务的一端 客户端：请求服务的一端 互联网中处处是C/S架构 腾讯作为服务端为你提供视频，你得下个腾讯视频客户端才能看它的视频）
C/S架构与socket的关系： 我们学习socket就是为了完成C/S架构的开发
socket是什么
Socket是应用层与TCP/IP协议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，它把复杂的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的的、规定去编程，写的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。 套接字最早起源于Unix系统，一开始使用与一台电脑之间的进程间通讯。 套接字分为面向连接的和无连接的： 第一种是指TCP类型套接字，在通信前需要建立连接，这种连接是较为可靠的，使用的套接字类型是SOCK_STREAM,TCP传输控制协议，经常和IP协议一起使用，称为TCP/IP协议 第二种主要指UDP类型的套接字，无需连接就可以进行通讯，所有速度较快，但是可靠性不高。而且数据是整个发送，不会分成小块。使用的套接字类型是SOCK_DGRAM，UDP协议通常也与IP协议一起使用 套接字分为两种：分别是基于文件型和基于网络型的： 基于文件类型的套接字家族 套接字家族的名字：AF_UNIX unix一切的皆文件，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 AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我们只使用AF_INET
osi七层
更多的知识请阅读下面的内容：
http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html
一个从应用层发出的信息，往下封装处理数据的过程
socket层
常用方法
服务端套接字函数 s.bind() 绑定(主机,端口号)到套接字 s.listen() 开始TCP监听 s.accept() 被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来 客户端套接字函数 s.connect() 主动初始化TCP服务器连接 s.connect_ex() connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常 公共用途的套接字函数 s.recv() 接收TCP数据 s.send() 发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完) s.sendall() 发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完) s.recvfrom() 接收UDP数据 s.sendto() 发送UDP数据 s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址 s.getsockname() 当前套接字的地址 s.getsockopt() 返回指定套接字的参数 s.setsockopt() 设置指定套接字的参数 s.close() 关闭套接字 面向锁的套接字方法 s.setblocking() 设置套接字的阻塞与非阻塞模式 s.settimeout() 设置阻塞套接字操作的超时时间 s.gettimeout() 得到阻塞套接字操作的超时时间 面向文件的套接字的函数 s.fileno() 套接字的文件描述符 s.makefile() 创建一个与该套接字相关的文件
套接字的工作流程
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(connect)，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请求，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
基于tcp的套接字
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
tcp的套接字模板
tcp服务端
1 ss = socket() #创建服务器套接字 2 ss.bind() #把地址绑定到套接字 3 ss.listen() #监听链接 4 inf_loop: #服务器无限循环 5 cs = ss.accept() #接受客户端链接 6 comm_loop: #通讯循环 7 cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送) 8 cs.close() #关闭客户端套接字 9 ss.close() #关闭服务器套接字(可选) tcp客户端 1 cs = socket() # 创建客户套接字 2 cs.connect() # 尝试连接服务器 3 comm_loop: # 通讯循环 4 cs.send()/cs.recv() # 对话(发送/接收) 5 cs.close() # 关闭客户套接字
基于TCP的套接字
注意：
１．不能把程序名称命名为socket
２．发出去的信息使用utf-8编码，解码也使用utf-8解码
３．每一次获得连接，都会获得一个连接对象和地址
#服务端
import socket
def main():
s1 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于tcp的网络通信，第一个参数是地址家族，第二个参数是地址类型
s1.bind(('127.0.0.1',4444)) #绑定ip和端口
s1.listen(5) #最多连接几个客户端
print('-->')
conn,addr = s1.accept() #等待客户端连接连接，如果客户端连接，就会获取到一个连接he和一个地址
data=conn.recv(1024) #接收客户端信息，参数为接收客户端信息的大小限制
print('服务端收到的信息:',data.decode('utf-8'))
conn.send(data.upper()) #发送信息
conn.close() #关闭连接
s1.close() #关闭
if __name__=='__main__':
main()
#服务端改进后的代码
import socket
def main():
ip_port= ('127.0.0.1',4444)
back_log=5
buffer_size=1024
s1 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于tcp的网络通信
s1.bind(ip_port) #绑定ip和端口
s1.listen(back_log) #最多连接几个客户端
print('-->')
conn,addr = s1.accept() #等待客户端连接连接，如果客户端连接，就会获取到一个连接he和一个地址
data=conn.recv(buffer_size) #接收客户端信息，参数为接收客户端信息的大小限制
print('服务端收到的信息:',data.decode('utf-8'))
conn.send(data.upper()) #发送信息
conn.close() #关闭连接
s1.close() #关闭
if __name__=='__main__':
main()
#客户端
import socket
def main():
s2 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s2.connect(('127.0.0.1',4444)) #连接服务端
s2.send('hello'.encode('utf-8'))
reponse = s2.recv(1024)
print('客户端收到信息：',reponse.decode('utf-8'))
s2.close()
if __name__=='__main__':
main()
#客户端改进后的代码
import socket
def main():
ip_port=('127.0.0.1',4444)
data='hello'
buffer_size=1024
s2 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s2.connect(ip_port) #连接服务端
s2.send(data.encode('utf-8'))
reponse = s2.recv(buffer_size)
print('客户端收到信息：',reponse.decode('utf-8'))
s2.close()
if __name__=='__main__':
main()
在继续改进代码前，我们应该知道，服务端可以先发送信息
注意:
收发数据都是从自己的内核缓存区
操作系统来具体控制对硬件的操作
现在我们需要解决的问题是
服务端与客户端只能进行一次通信，而且没有交互
#服务端
import socket
def main():
ip_port= ('127.0.0.1',4444)
back_log=5
buffer_size=1024
s1 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于tcp的网络通信
s1.bind(ip_port) #绑定ip和端口
s1.listen(back_log) #最多连接几个客户端
print('-->')
conn,addr = s1.accept() #等待客户端连接连接，如果客户端连接，就会获取到一个连接he和一个地址
while True:
data=conn.recv(buffer_size) #接收客户端信息，参数为接收客户端信息的大小限制
print('前任:',data.decode('utf-8'))
data1 = input('我：')
conn.send(data1.encode('utf-8')) #发送信息
conn.close() #关闭连接
s1.close() #关闭
if __name__=='__main__':
main()
#客户端
import socket
def main():
ip_port = ('127.0.0.1', 4444)
buffer_size = 1024
s2 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s2.connect(ip_port) # 连接服务端
while True:
data = input('我:')
s2.send(data.encode('utf-8'))
reponse = s2.recv(buffer_size)
print('前任：', reponse.decode('utf-8'))
s2.close()
if __name__ == '__main__':
main()
解决两个问题：
１．客户端发送空信息，如果客户端发送空信息，服务端会一直接收不到信息，收信息是从自己内核缓冲区中接收信息，就会一直接收。
２．服务端只能对一个客户端提供服务，如果一个客户端异常断开连接，服务端也会挂掉，我们没有考虑正常中断，所以等会这也是个问题
３．解决服务端如果重启，显示端口被占用的问题 在服务端代码中加入s1.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)，bing()函数前面
#服务端
import socket
def main():
ip_port= ('127.0.0.1',4444)
back_log=5
buffer_size=1024
s1 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于tcp的网络通信
s1.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
s1.bind(ip_port) #绑定ip和端口
s1.listen(back_log) #最多连接几个客户端
print('-->')
#循环对多个人接收信息
while True:
conn,addr = s1.accept() #等待客户端连接连接，如果客户端连接，就会获取到一个连接he和一个地址
#循环对一个人接收信息
while True:
try:#只要有客户端断开连接 ，就会结束这个循环
data=conn.recv(buffer_size) #接收客户端信息，参数为接收客户端信息的大小限制
print('前任：',data.decode('utf-8'))
data1 = input('我：')
conn.send(data1.encode('utf-8')) # 发送信息
except Exception:
break
conn.close() #关闭连接
s1.close() #关闭服务端套接字
if __name__=='__main__':
main()
#客户端
import socket def main(): ip_port = ('127.0.0.1', 4444) buffer_size = 1024 s2 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s2.connect(ip_port) # 连接服务端 while True: data = input('我：') if not data:continue#如果客户端输入信息为空，则继续下一次循环 s2.send(data.encode('utf-8')) reponse = s2.recv(buffer_size) print('前任：', reponse.decode('utf-8')) s2.close() if __name__ == '__main__': main()
运行演示：
demo4为服务端
demo7,demo10为客户端
现在所谓的对多个客户端提供服务，其实不是并发，服务端只能在同一时间里，对同一个客户端提供服务，只要当其中一个客户端异常断开后，其他客户端才能与服务端建立万完整的三次连接
我们再演示一下客户端正常断开连接时（客户端正常断开连接在代码加一条判断，输入quite）
服务端有什么显示
为什么会出现这样的显示
我们应该怎么改进服务端代码
#服务端
import socket
def main():
ip_port= ('127.0.0.1',4444)
back_log=5
buffer_size=1024
s1 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于tcp的网络通信
s1.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
s1.bind(ip_port) #绑定ip和端口
s1.listen(back_log) #最多连接几个客户端
print('-->')
#循环对多个人接收信息
while True:
conn,addr = s1.accept() #等待客户端连接连接，如果客户端连接，就会获取到一个连接he和一个地址
#循环对一个人接收信息
while True:
try:#只要有客户端断开连接 ，就会结束这个循环
data=conn.recv(buffer_size) #接收客户端信息，参数为接收客户端信息的大小限制
print('前任：',data.decode('utf-8'))
data1 = input('我：')
conn.send(data1.encode('utf-8')) # 发送信息
except Exception:
break
conn.close() #关闭连接
s1.close() #关闭服务端套接字
if __name__=='__main__':
main()
#客户端
import socket def main(): ip_port = ('127.0.0.1', 4444) buffer_size = 1024 s2 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s2.connect(ip_port) # 连接服务端 while True: data = input('我：') if not data:continue#如果客户端输入信息为空，则继续下一次循环 if data =='quite':break s2.send(data.encode('utf-8')) reponse = s2.recv(buffer_size) print('前任：', reponse.decode('utf-8')) s2.close() if __name__ == '__main__': main()
运行结果：
这里我们可以看出来，在前面客户端异常中断的时候，我们加了异常处理，服务端结束里层循环，服务端继续等待下次连接 而客户端我们在前面加上了处理，客户端是输入不了空信息的，服务端也是接收不到空信息的，怎么正常中断连接，服务端接收到了空信息 首先，客户端是已经断开连接了，前面我们已经知道，如果连接断了，服务端的recv是没有意义的，服务端就会相当于接收空信息，我们怎么处理呢“？ 只需要在服务端加上一条判断语句，我们只需要知道，正常情况服务端是不可能接收到空信息的，因为在客户端已经做了处理，只要当客户端正常中断请求才会， 所以我们在服务端加的代码就是如果接收的信息为空，就结束里层循环，说明客户端已经断开连接，服务端可以等待下次连接
#服务端最后的修订版
import socket
def main():
ip_port= ('127.0.0.1',4444)
back_log=5
buffer_size=1024
s1 = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #基于tcp的网络通信
s1.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
s1.bind(ip_port) #绑定ip和端口
s1.listen(back_log) #最多连接几个客户端
print('-->')
#循环对多个人接收信息
while True:
conn,addr = s1.accept() #等待客户端连接连接，如果客户端连接，就会获取到一个连接he和一个地址
#循环对一个人接收信息
while True:
try:#只要有客户端断开连接 ，就会结束这个循环
data=conn.recv(buffer_size) #接收客户端信息，参数为接收客户端信息的大小限制
if not data:break
print('前任：',data.decode('utf-8'))
data1 = input('我：')
conn.send(data1.encode('utf-8')) # 发送信息
except Exception:
break
conn.close() #关闭连接
s1.close() #关闭服务端套接字
if __name__=='__main__':
main()
基于udp套接字
基于UDP的套接字
udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错
udp服务端
1 ss = socket() #创建一个服务器的套接字
2 ss.bind() #绑定服务器套接字
3 inf_loop: #服务器无限循环
4 cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
5 ss.close() # 关闭服务器套接字
udp客户端
cs = socket() # 创建客户套接字
comm_loop: # 通讯循环
cs.sendto()/cs.recvfrom() # 对话(发送/接收)
cs.close() # 关闭客户套接字
注意：
不管tcp还是udp收取信息都是从自己的内核缓存中读取信息，tcp的话，如果内核缓存区为空，则recv就会收不到信息，就会阻塞，但是udp能够接收空信息！
而且tcp中只有一个客户端端开连接，后面的才能通信，但是udp由于不需要连接，所以可以同时与多个客户端通信，实现并发
#客户端
from socket import *
def main():
ip_port = ('127.0.0.1', 4444)
buffer_size = 1024
s2 = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #数据报
while True:
data = input('-->：')
s2.sendto(data.encode('utf--8'),ip_port) #udp发信息没有链接，所以每一个发送信息都需要指定ip和端口
data1,addr=s2.recvfrom(buffer_size)
print(data1.decode('utf-8'))
if __name__ =='__main__':
main()
#服务端
from socket import *
def main():
ip_port = ('127.0.0.1', 4444)
buffer_size = 1024
s1 = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #数据报
s1.bind(ip_port)
while True:
data,addr= s1.recvfrom(buffer_size)
print(data.decode('utf-8'),addr)
s1.sendto(data.upper(),addr)
if __name__ =='__main__':
main()
