python高级技术（网络编程一）

一  socket是什么

链接socket前要熟悉计算机网络基础请看链接：https://www.cnblogs.com/coderxueshan/p/17344739.html

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，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的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

也有人将socket说成ip+port，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，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序

而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

二 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)

三 套接字工作流程

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，这时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。

 

TCP通信协议

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

1、简单套接字通信

服务端

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议---》TCP协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 0-65535,1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5)  # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为：{}：{}'.format('127.0.0.1', 8080))
# 服务端启动完成，监听地址为：127.0.0.1：8080
# 4、等待电话连接请求:从半链接池拿到电话连接conn
conn, client_addr = phone.accept()  # 服务端堵塞此处，等待客户端发链接
print(conn)
# <socket.socket fd=340, family=AddressFamily.AF_INET, 
# type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, 
# laddr=('127.0.0.1', 8080), raddr=('127.0.0.1', 61999)>
print('客户端的ip和端口：', client_addr)
# 客户端的ip和端口： ('127.0.0.1', 61999)

# 5、通信：收\发消息
data = conn.recv(1024)  # 最大接收的数据量为1024Bytes,收到的是Bytes类型，也有堵塞情形，等待客户端发信息
print('客户端发来的消息：', data.decode('utf_8'))
conn.send(data.upper())

# 6、关闭电话连接conn（必选的回收操作系统资源的操作）
conn.close()

# 7、可选：关机（服务器一般不得关，服务器就是一直运行的）
phone.close()

客户端

import socket

# 1、去公用电话亭打电话
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议---》TCP协议

# 2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 服务端的IP和端口号

# 3、通信
import time

time.sleep(10)
phone.send('hello la 哈哈哈'.encode('utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print(data.decode('utf-8'))

# 4、关闭连接(必选的回收资源的操作）
phone.close()

2、加上通信循环

客户端send空，是调用自己计算机的操作系统，并把空发给缓存，应为是空，所有缓存没有，

服务端缓存接受不到，服务端的recv接受不到，解决方案，是客户端加 if len(msg) == 0: continue

 

如果客户端强制退出，也就是服务端的四次挥手中，客户端还没想服务端确认退出，就自己退出了，

服务端还在跟客户端链接中，windows系统会出现异常，unix系统会出现无限循环，unix系统的服务端解决方案是 

if len(data) == 0:
    # 在unix系统时，一旦data收到是空
    # 意味着是一种异常的行为：客户端非法断开了链接
    break
Windows系统的解决方案是
try:

except Exception:
　　breake

服务端

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议---》TCP协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 0-65535,1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5)  # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为：{}：{}'.format('127.0.0.1', 8080))

# 4、等待电话连接请求:拿到电话连接conn
conn, client_addr = phone.accept()
print(conn)
print('客户端的ip和端口：', client_addr)

# 5、通信：收\发消息
while True:
    try:
        data = conn.recv(1024)  # 最大接收的数据量为1024Bytes,收到的是Bytes类型
        if len(data) == 0:
            # 在unix系统时，一旦data收到是空
            # 意味着是一种异常的行为：客户端非法断开了链接
            break
        print('客户端发来的消息：', data.decode('utf_8'))
        conn.send(data.upper())
    except Exception:
        # 针对windows系统
        break

# 6、关闭电话连接conn（必选的回收资源的操作）
conn.close()

# 7、可选：关机
phone.close()

客户端

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议---》TCP协议

# 2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

# 3、通信
while True:
    msg = input('请输入要发送的消息：').strip()
    if len(msg) == 0: continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

# 4、关闭连接(必选的回收资源的操作）
phone.close()

3、加上链接循环

不断的从半链接池中，拿链接请求，不能并发，客户端1进入通信后，

客户端2、3、4、5、6进入半链接池，这五个不能进入通信，要1结束后

再依次进入通信，因半链接池已满5个，7无法进入半链接池，被拒之链接外

服务端

# 服务端应该满足的特点：
# 1、一直提供服务
# 2、并发的提供服务
import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议---》TCP协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 0-65535,1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5)  # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为：{}：{}'.format('127.0.0.1', 8080))

# 4、等待电话连接请求:拿到电话连接conn
while True:
    # 加上链接循环
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(conn)
    print('客户端的ip和端口：', client_addr)

    # 5、通信：收\发消息
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)  # 最大接收的数据量为1024Bytes,收到的是Bytes类型
            if len(data) == 0:
                # 在unix系统时，一旦data收到是空
                # 意味着是一种异常的行为：客户端非法断开了链接
                break
            print('客户端发来的消息：', data.decode('utf_8'))
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            # 针对windows系统
            break

    # 6、关闭电话连接conn（必选的回收资源的操作）
    conn.close()

# 7、可选：关机
phone.close()

客户端

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议---》TCP协议

# 2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

# 3、通信
while True:
    msg = input('请输入要发送的消息：').strip()
    if len(msg) == 0: continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

# 4、关闭连接(必选的回收资源的操作）
phone.close()

四 基于UDP协议的套接字通信

TCP协议是流式协议，类似于流水，recv方无法知道什么时候传输完成

UDP协议是数据包协议，发送的报有头有尾，类似于集装箱，没有链接三次握手和断链接四次挥手

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

服务端

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 数据报协议---》UDP协议

server.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 0-65535,1024以前的都被系统保留使用

while True:
    data, client_addr = server.recvfrom(1024)
    server.sendto(data.upper(), client_addr)
    print(data.decode('utf-8'))

server.close()　　# 服务器选择是否关闭，因为服务器是等待被客户端访问

客户端

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 数据报协议---》UDP协议

while True:
    msg = input('>>>:').strip()
    client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
    data, server_addr = client.recvfrom(1024)
    print(data.decode('utf-8'))
client.close()