python网络编程

TCP/IP

要想理解socket首先得熟悉一下TCP/IP协议族， TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，定义了主机如何连入因特网及数据如何再它们之间传输的标准。不同于ISO模型的七个分层，TCP/IP协议参考模型把所有的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中：

• 应用层：TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等
• 传输层：TCP，UDP
• 网络层：IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP
• 数据链路层：SLIP，CSLIP，PPP，MTU

每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务，如下图。在TCP/IP协议中两个网络主机通过两个路由器和对应的层连接。各主机上的应用通过一些数据通道相互执行读取操作。

                        

socket

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程，在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程，但PID只在本地唯一，网络中的两个进程PID冲突几率很大，这个方法并不可行。我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样我们可以利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程。能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了。

socket通信流程

socket是"打开—读/写—关闭"模式的实现，以使用TCP协议通讯的socket为例，其交互流程大概是这样子的

1. 服务器根据地址类型（ipv4,ipv6）、socket类型、协议创建socket
2. 服务器为socket绑定ip地址和端口号
3. 服务器socket监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接，这时候服务器的socket并没有被打开
4. 客户端创建socket
5. 客户端打开socket，根据服务器ip地址和端口号试图连接服务器socket
6. 服务器socket接收到客户端socket请求，被动打开，开始接收客户端请求，直到客户端返回连接信息。这时候socket进入阻塞状态，所谓阻塞即accept()方法一直到客户端返回连接信息后才返回，开始接收下一个客户端谅解请求
7. 客户端连接成功，向服务器发送连接状态信息
8. 服务器accept方法返回，连接成功
9. 客户端向socket写入信息
10. 服务器读取信息
11. 客户端关闭
12. 服务器端关闭

 

三次握手

在TCP/IP协议中，TCP协议通过三次握手建立一个可靠的连接

• 第一次握手：客户端尝试连接服务器，向服务器发送syn包（同步序列编号Synchronize Sequence Numbers），syn=j，客户端进入SYN_SEND状态等待服务器确认
• 第二次握手：服务器接收客户端syn包并确认（ack=j+1），同时向客户端发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态
• 第三次握手：第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手

 socket编程DEMO

UDP通信：

server：

import socket
port=8081
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
#从指定的端口，从任何发送者，接收UDP数据
s.bind(('',port))
print('正在等待接入...')
while True:
    #接收一个数据
    data,addr=s.recvfrom(1024)
    print('Received:',data,'from',addr)

client：

import socket
port=8081
host='localhost'
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto(b'hello,this is a test info !',(host,port))

TCP通信

server：

#-*- coding: utf-8 -*-
from socket import *
from time import ctime

HOST=''
PORT=12345
BUFSIZ=1024
ADDR=(HOST, PORT)
sock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

sock.bind(ADDR)

sock.listen(5)
while True:
    print('waiting for connection')
    tcpClientSock, addr=sock.accept()
    print('connect from ', addr)
    while True:
        try:
            data=tcpClientSock.recv(BUFSIZ)
        except:
            print(e)
            tcpClientSock.close()
            break
        if not data:
            break
        s='Hi,you send me :[%s] %s' %(ctime(), data.decode('utf8'))
        tcpClientSock.send(s.encode('utf8'))
        print([ctime()], ':', data.decode('utf8'))
tcpClientSock.close()
sock.close()

client：

#-*- coding: utf-8 -*-
from socket import *

class TcpClient:
    HOST='127.0.0.1'
    PORT=12345
    BUFSIZ=1024
    ADDR=(HOST, PORT)
    def __init__(self):
        self.client=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
        self.client.connect(self.ADDR)

        while True:
            data=input('>')
            if not data:
                break
            self.client.send(data.encode('utf8'))
            data=self.client.recv(self.BUFSIZ)
            if not data:
                break
            print(data.decode('utf8'))
            
if __name__ == '__main__':
    client=TcpClient()