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  • python学习之路网络编程篇(第一篇)socket初识

    什么是socket

      网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换,这个连接的一端称为socket。socket通常也称为“套接字”,是一个通信链的句柄,可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件,对外同时提供多种服务。每个服务都打开一个socket,并绑定在一个端口上,不同的端口对应于不同的服务。

          简单的来说:两个程序通过“网络”交互数据就使用socket,也即socket用来实现网络上的两个程序之间的数据交互,它只负责两件事:建立连接,传递数据

          socket的英文原义是“孔”或“插座”。socket正如其英文原义那样,向一个多孔插座。一台主机就像是布满各种插座的房间,每个插座有一个编号,有的插座提供220伏电压,有的提供110伏电压,有的则提供上网购物。客户软件将插头查到不同编号的插座就可以得到不同的服务。

           socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现,socket是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)

       socket和file区别:

       file模块是针对某个特文件进行【打开】【读写】【关闭】

        socket模块是针对 服务器端和客户端socket进行【打开】【读写】【关闭】

    socket的实现过程

     首先 ,我们先看下面这个例子,什么都不需要懂,只需要知道这么写就可以实现一个socket,让网络上的两个程序可以互相传递消息“

    server:

    #/usr/bin/env python
    #coding:utf-8
    #Author:Li Yue Mei

    __author__ = 'mohan'

    import socket

    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.bind(('127.0.0.1',9000))
    sock.listen(5)

    while True:
    print('waiting....')
    connection, address = sock.accept()
    receive = connection.recv(1024)
    print('receive the message from client:',receive)
    connection.send("received")
    connection.close()

    client:

    #/usr/bin/env python
    #coding:utf-8
    #Author:Li Yue Mei
    
    __author__ = 'mohan'
    import socket
    
    obj_client = socket.socket()
    obj_client.connect(('127.0.0.1',9000))
    obj_client.send('help')
    
    server_data = obj_client.recv(1024)
    print(server_data)
    obj_client.close()
    

    代码已经有了,如何让它跑起来呢,新建两个python文件,文件名分别为socket_server.py和socket_client.py,先执行socket_server.py,再执行socket_client.py,就可以看到效果啦!

    server 

    client

         我们先从打印出来的内容看,server端接收到了从client端发送过来的消息‘help’。并且给client端发送了一条确认消息‘received’,我们在client端看到了这条消息。send是发送消息方法,recv是接收消息方法。我们只需要修改send和recv中的内容,就可以实现两个程序的数据交互了。

         socket的实现过程就像是快递员取快递的过程,寄出包裹的是server端,快递员是client端,send和recv的内容就是我们要寄出的东西,准备好了要寄出去的东西,我们需要告诉快递员取件的具体地址,看server中的socket.bind方法,这里面传了一个元组(‘ip’,‘port’)给bind方法,就是把包裹放在这个地址的这个端口等待快递员;而client端的obj_client.connect方法就是告诉快递员去那个地址找那个端口取包裹。所以这个元组中的内容必须要一致。我send的内容具体是什么无所谓,我send什么,client端就recv什么,因为我要寄出什么,快递员要拿到的就是什么。接下来看一下上述代码中哪些内容是可以修改的:

    server

    client

    把上面的代码当做socket的模板代码,来拼凑一个自己的socket程序,server端将紫色标识的部分进行替换,client端将深红色标识的部分进行替换,来获得一个属于自己的socket程序,从现在开始,行动起来吧。

    socket程序代码详解

    服务器端:server

    #/usr/bin/env python
    #coding:utf-8
    #Author:Li Yue Mei
    
    __author__ = 'mohan'
    import socket
    #创建socket对象
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    #绑定监听的IP,端口
    sock.bind(('127.0.0.1',9000))
    #开始监听,设置client端最大等待连接数
    sock.listen(5)
    
    while True:
        print('waiting....')
        #accept阻塞,等待,直到有client端请求连接
        #connection代表客户端socket对象,address是客户端IP地址
        connection, address = sock.accept()
        #recv阻塞,等待,直到有client端的消息传递过来
        receive = connection.recv(1024)
        print('receive the message from client:',receive)
        #发送消息给client端
        connection.send("I have received your message!")
        #关闭和client端的连接
        connection.close()
    

    客户端:client 

    #/usr/bin/env python
    #coding:utf-8
    #Author:Li Yue Mei
    
    __author__ = 'mohan'
    import socket
    #创建socket对象
    obj_client = socket.socket()
    #客户端要访问IP,端口
    obj_client.connect(('127.0.0.1',9000))
    #发送消息给服务器端
    obj_client.send('send message to server')
    #从服务器端 接收消息
    server_data = obj_client.recv(1024)
    print(server_data)
    #关闭和server端连接
    obj_client.close() 

    socket参数详解

    socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

                                          参数一               参数二                    参数三

    参数一:地址簇
    
      socket.AF_INET IPv4(默认)
      socket.AF_INET6 IPv6
    
      socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信
    
    参数二:类型
    
      socket.SOCK_STREAM  流式socket , for TCP (默认)
      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_RDM 是一种可靠的UDP形式,即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问,在需要执行某些特殊操作时使用,如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
      socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务
    
    参数三:协议
    
      0  (默认)与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ,则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议
    

    UDP deamon

    import socket
    ip_port = ('127.0.0.1',9999)
    sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
    sk.bind(ip_port)
    
    while True:
        data = sk.recv(1024)
        print data
    
    
    
    
    import socket
    ip_port = ('127.0.0.1',9999)
    
    sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)
    while True:
        inp = raw_input('数据:').strip()
        if inp == 'exit':
            break
        sk.sendto(inp,ip_port)
    
    sk.close()

    socket更多功能

    sk.bind(address)

      s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下,以元组(host,port)的形式表示地址。

    sk.listen(backlog)

      开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,可以挂起的最大连接数量。

          backlog等于5,表示内核已经接到了连接请求,但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
          这个值不能无限大,因为要在内核中维护连接队列

    sk.setblocking(bool)

      是否阻塞(默认True),如果设置False,那么accept和recv时一旦无数据,则报错。

    sk.accept()

      接受连接并返回(conn,address),其中conn是新的套接字对象,可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

      接收TCP 客户的连接(阻塞式)等待连接的到来

    sk.connect(address)

      连接到address处的套接字。一般,address的格式为元组(hostname,port),如果连接出错,返回socket.error错误。

    sk.connect_ex(address)

      同上,只不过会有返回值,连接成功时返回 0 ,连接失败时候返回编码,例如:10061

    sk.close()

      关闭套接字

    sk.recv(bufsize[,flag])

      接受套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。

    sk.recvfrom(bufsize[.flag])

      与recv()类似,但返回值是(data,address)。其中data是包含接收数据的字符串,address是发送数据的套接字地址。

    sk.send(string[,flag])

      将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量,该数量可能小于string的字节大小。即:可能未将指定内容全部发送。

    sk.sendall(string[,flag])

      将string中的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。

          内部通过递归调用send,将所有内容发送出去。

    sk.sendto(string[,flag],address)

      将数据发送到套接字,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。该函数主要用于UDP协议。

    sk.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 client 连接最多等待5s )

    sk.getpeername()

      返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port)。

    sk.getsockname()

      返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

    sk.fileno()

      套接字的文件描述符

    TCP与UDP的区别

    TCP(传输控制协议):

    1)提供IP环境下的数据可靠传输(一台计算机发出的字节流会无差错的发往网络上的其他计算机,而且计算机A接收数据包的时候,也会向计算机B回发数据包,这也会产生部分通信量),有效流控,全双工操作(数据在两个方向上能同时传递),多路复用服务,是面向连接,端到端的传输;

    2)面向连接:正式通信前必须要与对方建立连接。事先为所发送的数据开辟出连接好的通道,然后再进行数据发送,像打电话。

    3)TCP支持的应用协议:Telnet(远程登录)、FTP(文件传输协议)、SMTP(简单邮件传输协议)。TCP用于传输数据量大,可靠性要求高的应用。

    UDP(用户数据报协议,User Data Protocol)

    1)面向非连接的(正式通信前不必与对方建立连接,不管对方状态就直接发送,像短信,QQ),不能提供可靠性、流控、差错恢复功能。UDP用于一次只传送少量数据,可靠性要求低、传输经济等应用。

    2) UDP支持的应用协议:NFS(网络文件系统)、SNMP(简单网络管理系统)、DNS(主域名称系统)、TFTP(通用文件传输协议)等。

    总结:

    TCP:面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢,建立连接需要开销较多(时间,系统资源)。

    UDP:面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。



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