[python] socket模块（TCP/IP网络编程）

本文只关心python的网络编程，并重点学习TCP/IP单元。

一、简单了解下：

1、什么是TCP/IP、UDP？

         TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
         UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
        这里有一张图，表明了这些协议的关系。

 

       TCP/IP协议族包括运输层（传输层）、网络层、（数据）链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。

 

2、Socket在哪里呢？
       在上图中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

 

 

       原来Socket在这里。

3、Socket是什么呢？
       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。

 

4、怎样使用socket？

       前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
       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，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

 

 

       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。

 

二、socket模块函数

由于socket模块中的属性太多，可直接使用import socket ，这样能大幅缩减代码。

1、socket(family,type)

创建套接字。

套接字是计算机网络数据结构。网络化的应用程序在开始任何通讯之前都必须创建套接字。可以比作电话的插口一样，没有它就完全没办法通信。

创建TCP/IP套接字：

 

tcpsock = socket(AF_INET , SOCK_STREAM)

 

 

创建UDP/IP套接字：

udpsock = socket(AF_INET , SOCK_DGRAM)

 

AF:地址家族的缩写

SOCK_STREAM：面向连接套接字，即在通信之前一定要简历一条连接（就像跟朋友打电话）。面向连接的通信方式提供了顺序的、可靠的、不会重复的数据传输，而且也不会被加上数据边界。发送信息时，信息能被拆分成多份，没分都会到达正确的目的地，然后被重新按顺序拼装起来，传给正在等待的应用程序。

SOCK_DGRAM：无连接套接字，即无需建立连接就可以进行通讯。但此时，数据到达是顺序、可靠性及不重复性就无法保证了，数据报会保留数据边界。数据是整个发送的。使用数据报来传输数据就像快递包裹一样，不一定会按发送顺序到达，而且还有可能根本到达不了。

2、套接字对象（内建）方法

函数	描述
服务器端套接字函数
s.bind()	绑定地址（主机名，端口号）到套接字 合法端口号范围为0~65535。其中小于1024的为系统保留端口，其余的均可用
s.listen()	开始TCP监听。参数表示最多允许多少个连接同时连进来，而后边的连接就会被拒绝掉
s.accept()	（阻塞式）接受连接并返回(conn,address)，conn是新的套接字对象，可以用来通过连接发送和接收数据，address是另一个连接端的套接字地址
客户端套接字函数
s.connect()	连接到address处的远程套接字。有错误时出现socket.error
s.connect_ex()	connect()的扩展版本，出错时返回出错码，而不是抛出异常。成功返回0
公共用途的套接字函数
s.recv(bufsize [,flags])	接收TCP数据。bufsize指定要接收的最大数据量。flags提供有关消息的其他信息，通常忽略
s.send()	发送TCP数据
s.sendall()	完整发送TCP数据
s.recvfrom(bufsize [,flags])	接收UDP数据。返回(data,address)，data是接收数据字符串，address是发送数据的套接字地址
s.sendto(string [,flags],address)	发送UDP数据。address形式是元组，指定远程地址
s.fileno()	返回套接字的文件描述符
s.makefile(mode[,bufsize])	创建与套接字关联的文件对象。mode中'r'表示读取，'w'表示写入，'a'表示添加，'+'表示读写，'b'表示二进制访问。

 

3、异常

error：该异常表示与套接字或者地址有关的错误。它返回一个(errno,mesg)对以及底层系统调用返回的错误。继承自IOError。

herror：表示与地址有关的错误。返回一个包含错误编号的错误消息的元祖(herrno,hmesg)。继承自error。

4、创建TCP连接实例代码

客户端

import socket

HOST = '192.168.1.100'                          #服务器IP
PORT = 12345                                     #端口号
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)

tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)        #创建TCP/IP套接字
tcpCliSock.connect(ADDR)                        #尝试连接服务器

while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(data)              #发送TCP数据
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)     #接收TCP数据
    if not data:
        break
    print(data)

tcpCliSock.close

 

 

服务器

import socket
import time

HOST = '192.168.1.100'
PORT = 12345
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST,PORT)

tcpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.linsten(5)

while True:
    print('waiting for connection... ')
    tcpCliSock,addr = tcpSerSock.accept()
    print('...connected from : ',addr)
    
    while True：
        data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
        if not data:
            break
        tcpSerSock.send((' [%s] %s' % (ctime(),data)))

        tcpCliSock.close()
tcpSerSock.close()

 

代码实现：

当有连接时，进入对话循环，等待客户端发送数据。如果消息为空，表示客户端已经退出，再等待下一个客户端连接。得到客户端消息后，在消息前叫一个时间戳然后返回。

要先开服务器，后开客户端。

 

5、创建UDP连接实例代码

客户端

import socket
 
HOST = '192.168.1.100'                          #服务器IP
PORT = 12345                                     #端口号
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
udpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)        

while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    udpCliSock.sendto(data,ADDR)              #发送UDP数据
    data,ADDR = udpCliSock.recvfrom(BUFSIZ)     #接收UDP数据
    if not data:
        break
    print(data)
    udpCliSock.close()
udpCliSock.close

 

 

服务器

import socket
import time
 
HOST = '192.168.1.100'                          #服务器IP
PORT = 12345                                     #端口号
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)

udpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)        
udpSerSock.bind(ADDR)

while True:
    print（'waiting for message... '）
    data,addr = udpSerSock.recvfrom(BUFSIZ)
    udpSerSock.sendto('[%s] %s' % (ctime(,data),addr))              
    print(' ...received from and returned to:',addr)
udpCliSock.close

 

 

UDP和TCP服务器的一个重要区别就是，由于数据报套接字是无连接的，所以无法把客户端连接交给另外的套接字进行后续的通讯。这些服务器知识接受消息，需要的话，给客户端返回一个结果就可以了。

服务器输出客户端信息的原因是，服务器可能会得到并回复多个客户端消息，这时，输出就可以了解系哦啊系来自那里。对于TCP服务器来说，由于客户端会创建一个连接，我们自然就知道消息来自那里了。