python网络编程socket基础

背景

Python 提供了两个级别访问的网络服务：
● 低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统 Socket 接口的全部方法。
● 高级别的网络服务模块 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

socket编程思路

• 服务端：

1. 创建套接字，绑定套接字到本地ip和端口：s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM), s.bing()
2. 开始监听连接：s.listen()
3. 进入循环，不断接受客户端的连接请求: s.accept()
4. 接受传来的数据，或者发送数据给对方：s.recv(), s.sendall()
5. 传输完毕后，关闭套接字：s.close()

• 客户端：

1. 创建套接字，连接到服务端：s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
2. 发送请求到服务端,并且接受对方的数据：s.sendall(), s.recv()
3. 传输完毕后，关闭套接字：s.close()

• 原理图：
  

• 参数说明：

s = socket.socket([family[, type[, proto]]])
#参数说明：
#family: 套接字家族，可以使AF_UNIX或者AF_INET。
#type: 套接字类型，根据是面向连接的还是非连接分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，也就是TCP和UDP的#区别。
#protocol: 一般不填默认为0。
#直接socket.socket()，则全部使用默认值创建tcp套接字。

下面是具体的参数定义：

socket类型	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET	IPv4
socket.AF_INET6	IPv6
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
socket.SOCK_DGRAM	数据报式socket , for UDP
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的连续数据包服务
创建TCP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建UDP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

socket套接字方法：

方法	描述
服务器端方法
s.bind()	绑定地址（host,port）到套接字，在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen(backlog)	开始监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()	被动接受客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来，并返回（conn,address）二元元组,其中conn是一个通信对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。
客户端方法
s.connect(address)	客户端向服务端发起连接。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
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
公共方法
s.recv(bufsize)	接收数据，数据以bytes类型返回，bufsize指定要接收的最大数据量。
s.send()	发送数据。返回值是要发送的字节数量。
s.sendall()	完整发送数据。将数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvform()	接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收的数据，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto(data,address)	发送UDP数据，将数据data发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()	关闭套接字，必须执行。
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)	设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件

• 注意事项：

1. Python3以后，socket传递的都是bytes类型的数据，字符串需要先转换一下，string.encode()编码即可；另一端接收到的bytes数据想转换成字符串，只要bytes.decode()解码一下就可以。
2. 在正常通信时，accept()和recv()方法都是阻塞的。所谓的阻塞，指的是程序会暂停在那，一直等到有数据过来。

TCP实战

#服务端
import socket

def socket_server(ip_port):
    s = socket.socket()
    s.bind(ip_port)
    s.listen()
    conn,address = s.accept()
    print('正在监听--->')
    while 1:
        client_data = conn.recv(1024).decode()
        print('收到%s的数据：%s'%(address,client_data))
        if client_data == 'exit':
            print('通信结束')
            break
        conn.send('服务器已经收到你的信息'.encode())
    s.close()

if __name__ == "__main__":
    ip_port = ('127.0.0.1',9999)
    socket_server(ip_port)

#客户端
import socket

def socket_client(ip_port):
    s = socket.socket()
    s.settimeout(5)
    s.connect(ip_port)
    while 1:
        inp = input('请输入发送的数据：').strip()
        if not inp:
            print('请重新输入')
            continue
        s.sendall(inp.encode())
        if inp == 'exit':
            print('关闭连接')
            break
        re = s.recv(1024).decode()
        print(re)
    s.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
    socket_client(ip_port)

启动实例

上面的实例虽然实现了通信，但是如果有多个客户端想要接入进来通信，服务端只监听了一个端口，所以没办法同时和多个通信，想实现多个同时通信需要使用多线程。我们只需要增加服务端的多线程能力即可。

#服务端
import socket
import threading        # 导入线程模块


def link_handler(link, client):
    """
    该函数为线程需要执行的函数，负责具体的服务器和客户端之间的通信工作
    :param link: 当前线程处理的连接
    :param client: 客户端ip和端口信息，一个二元元组
    :return: None
    """
    print("服务器开始接收来自[%s:%s]的请求...." % (client[0], client[1]))
    while True:     # 利用一个死循环，保持和客户端的通信状态
        client_data = link.recv(1024).decode()
        if client_data == "exit":
            print("结束与[%s:%s]的通信..." % (client[0], client[1]))
            break
        print("来自[%s:%s]的客户端向你发来信息：%s" % (client[0], client[1], client_data))
        link.sendall('服务器已经收到你的信息'.encode())
    link.close()


ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
sk = socket.socket()            # 创建套接字
sk.bind(ip_port)                # 绑定服务地址
sk.listen(5)                    # 监听连接请求

print('启动socket服务，等待客户端连接...')

while True:     # 一个死循环，不断的接受客户端发来的连接请求
    conn, address = sk.accept()  # 等待连接，此处自动阻塞
    # 每当有新的连接过来，自动创建一个新的线程，
    # 并将连接对象和访问者的ip信息作为参数传递给线程的执行函数
    t = threading.Thread(target=link_handler, args=(conn, address))
    t.start()

3个客户端依然可以正常通信。

UDP实战

相对TCP编程，UDP编程就简单多了，当然可靠性和安全性也差很多。由于UDP没有握手和挥手的过程，因此accept()和connect()方法都不需要。

#服务端
import socket

def socket_server(ip_port):
    s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
    s.bind(ip_port)
    print('正在监听--->')
    while 1:
        client_data,adderss = s.recvfrom(1024)
        print('收到%s客户端数据：%s'%(adderss,client_data.decode()))
        if client_data.decode() == 'exit':
            print('通信结束')
            break
        client_data = client_data.decode()
        s.sendto(client_data.encode(), adderss)
        print('返回数据%s到%s客户端:'%(client_data ,adderss))
    s.close()

if __name__ == "__main__":
    ip_port = ('127.0.0.1',9999)
    socket_server(ip_port)

#客户端
import socket

def socket_client(ip_port):
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    while 1:
        inp = input('请输入发送的数据：').strip()
        if not inp:
            print('请重新输入')
            continue
        s.sendto(inp.encode(),ip_port)
        if inp == 'exit':
            print('关闭连接')
            break
        data, addr = s.recvfrom(1024)
        print("服务端%s响应：%s"%(addr,data.decode()))
    s.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port = ('127.0.0.1', 9999)
    socket_client(ip_port)

启动实例