基于python的socket网络编程

1. socket简介

首先我们需要理解什么是网络编程，网络编程就是编写程序使两台联网的计算机之间能够进行通信，即能相互交换数据。

然后我们再来理解socket，socket即套接字，是操作系统提供的独立于具体协议的网络编程接口，使用socket可以很方便地编写出数据传输程序，实现计算机之间的通信，而无需考虑其背后的原理。

socket 的一个典型应用就是 Web 服务器和浏览器：浏览器获取用户输入的 URL，向服务器发起请求，服务器分析接收到的 URL，将对应的网页内容返回给浏览器，浏览器再经过解析和渲染，就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

socket起源于Unix，而Unix类的操作系统有一个很好的设计理念，即一切皆文件，对文件使用【打开+读写+关闭】的模式进行操作。而socket即是一种特殊的文件，当我们通过socket()函数创建一个网络连接（或者说打开一个网络文件）时，socket()函数的返回值就是文件描述符，有了这个文件描述符，我们就可以使用普通的文件操作来传输数据了。

2. 基于python的TCP Socket

编程思路：

TCP服务端
- 创建套接字，并绑定到本地IP与端口
- 开始监听客户端的连接
- 进入循环，不断接受客户端的连接请求
- 然后接收客户端传来的数据，并发送给客户端数据
- 传输完毕后关闭套接字
TCP客户端
- 创建套接字，根据服务器的IP地址和端口号连接上服务器
- 成功连接后发送数据并接收服务器传来的数据
- 传输完毕后主动关闭套接字

编程实现：

客户端：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

#设置服务器的ip地址和端口号
#本地回环地址，范例为：同一台机器上两个进程间的通信
host = '127.0.0.1'
port = 9999

s.connect((host,port))

while True:
	sendmsg = input("请输入要发送的数据：")
	s.send(sendmsg.encode("utf-8"))	
	msg = s.recv(1024)
	if sendmsg == "exit":
		break
	print("收到来自服务器的消息：",msg.decode("utf-8"))
s.close()

服务端：

import socket

host = '127.0.0.1'
port = 9999

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind((host,port))
s.listen(5)
#开始等待客户端的连接
client_s,addr = s.accept()
print("连接上的客户端的ip地址和端口号：",addr)

while True:
	recvmsg = client_s.recv(1024)
	data = recvmsg.decode("utf-8")
	print("收到来自客户端的消息：",data)
	if data == "exit":
		break
	msg = input("请输入要发送的数据：")
	client_s.send(msg.encode("utf-8"))
s.close()

效果：

先启动server，再启动client

使用netstate -an命令查看已建立的连接：

3. Python语言提供的网络接口API与Linux Socket API之间的关系 (很规整)

Python API	Linux Socket API
s = socket.socket()	socket()
s.bind()	bind()
s.listen()	listen()
s.accept()	accept()
s.connect()	connect()
s.recv()	recv()
s.send()	send()
s.close()	close()

4. 为了证明API调用之间的对应关系，简要跟踪分析调用栈直到socket API接口

无论何种语言提供的Socket API，底层都会调用BSD Socket，python也不例外。

下面以python语言提供的s.close()API为例跟踪分析其调用栈：

在 https://github.com/python/cpython/blob/master/Lib/socket.py socket.py的开头有这样一段描述：

# Wrapper module for _socket, providing some additional facilities
# implemented in Python.

说明socket.py是用python语言把用c代码写的模块再一次封装，方便调用。

在该文件的第497行对close()函数进行了定义：

在 https://github.com/python/cpython/blob/master/Modules/socketmodule.c socketmodule.c的开头有这样一段描述：

/* Socket module */

/*
This module provides an interface to Berkeley socket IPC.

在该文件的第3120行可以找到s.close()方法的c实现，再下一层即调用SOCKETCLOSE()：

s.close()
	->_real_close()
		->sock_close()
			->res = SOCKETCLOSE(fd)

5. chrome浏览器打开一个网址

套接字作为BSD Unix操作系统的一部分诞生于伯克利，随即像野火一样在Internet上传播，因为套接字与 INET 的结合使得世界各地的任意机器间通信变得令人难以置信的简单。

比如当我们打开科大官网的链接时，你的chrome浏览器就已经做了下面这几件事情：

#本地创建一个套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#连接到科大服务器的80端口
s.connect(("www.ustc.edu.cn", 80))
#函数原型：socket.connect( (host,port) )
#host代表服务器主机名或IP，port代表服务器进程所绑定的端口号。如连接成功，客户就可通过套接字与服务器通信，如果连接失败，会引发socket.error异常。

连接完成后套接字就可以向服务端发送页面请求，

那在服务端发生了什么呢：

#首先服务端创建一个套接字
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#将socket绑定到指定地址
serversocket.bind((socket.gethostname(), 80))
#函数原型：socket.bind( address )
#由AF_INET所创建的套接字，address地址必须是一个双元素元组，格式是(host,port)。host代表主机，port代表端口号。如果端口号正在使用、主机名不正确或端口已被保留，bind方法将引发socket.error异常。
serversocket.listen(5)
#最多允许5个客户连接到服务器，队满则拒绝请求

现在我们已经有一个服务端套接字，它监听服务器的80端口，接下来进入服务器的主循环：

while True:
    (clientsocket, address) = serversocket.accept()
    ct = client_thread(clientsocket)
    ct.run()
    #服务端使用线程处理并发，并向客户端发送数据
    #每次会话结束，套接字描述符都会被回收

参考资料：
https://keelii.com/2018/09/24/socket-programming-in-python/

https://www.cnblogs.com/csms/p/10117113.html

https://docs.python.org/zh-cn/3/howto/sockets.html

https://docs.python.org/zh-cn/3/library/socket.html

posted @ 2019-12-11 21:28 myhuang 阅读(1232) 评论(0) 编辑收藏举报

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