Python3 socket网络编程（一）

Socket的定义

套接字是为特定网络协议（例如TCP/IP，ICMP/IP，UDP/IP等）套件对上的网络应用程序提供者提供当前可移植标准的对象。它们允许程序接受并进行连接，如发送和接受数据。为了建立通信通道，网络通信的每个端点拥有一个套接字对象极为重要。

套接字模块是一个非常简单的基于对象的接口，它提供对低层BSD套接字样式网络的访问。使用该模块可以实现客户机和服务器套接字。要在python 中建立具有TCP和流套接字的简单服务器，需要使用socket模块。

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。所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

补充：也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序，而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

python提供了两个级别访问的网络服务：

• 低级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模块方法

函数	描述
服务器端套接字
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()	开始TCP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TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来
客户端套接字
s.connect()	主动初始化TCP服务器连接，。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
公共用途的套接字函数
s.recv()	接收TCP数据，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()	发送TCP数据，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。
s.sendall()	完整发送TCP数据，完整发送TCP数据。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。
s.recvfrom()	接收UDP数据，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。
s.sendto()	发送UDP数据，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。
s.close()	关闭套接字
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

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套接字的工作流程

 

一般socket建立链接需要六个步骤，其中包括：socket.socket()创建socket对象、s.bind绑定地址到socket对象、s.listen监听地址端口、s.accept阻塞接受链接请求、s.send，s.recv方法处理通信数据、s.close关闭链接。

套接字方法使用

服务器创建套接字链接：

1)创建socket对象： socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)

socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)使用给定的地址族，套接字类型和协议号来创建一个新套接字.

family为指定的地址族：

　　socket.AF_UNIX ：只能够用于单一的Unix系统进程间通信

　　socket.AF_INET ：服务器之间的网络通信（ipv4协议的TCP和UDP）ipv4,默认为这个

　　socket.AF_INET6 ：服务器之间的网络通信ipv6

type为指定的套接字类型：

　　socket.SOCK_STREAM ：面向连接的TCP，默认为这个

　　socket.SOCK_DGRAM ：面向非连接的UDP

2)socket对象绑定地址及端口

地址必须是一个双元素的元组，包括（host，port）主机名或IP地址+端口号。如果端口号或地址错误将引发socke.error异常。

3)socket对象监听地址端口链接

socket.listen(backlog)

backlog指定了最多连接数，至少为1，接到连接请求后，这些请求必须排队等候连接，如果队列已满，则拒绝请求。

4）socket.accept对象阻塞等待接受链接

fd, addr = self._accept()  

调用accept方法时，socket会进入‘waiting’阻塞状态，客户请求连接时，方法会建立连接并返回服务器。

accept方法会返回一个含有两个元素的元组，（fd,addr）。第一个元素是新的socket对象，服务器通过它与客户端通信。第二个元素是客户端的地址及端口信息。

5）处理阶段，服务器与客户端通过send和recv方法通信(传输数据)

调用新链接对象与客户端或者服务器通信：

socket.recv(buffersize)  :接受客户端信或服务器数据，buffersize指定接收数据的大小，单位为字节。

socket.send(data) ：发送信息给客户端或服务器，信息必须转换为字节才能发送。

6)传输结束，关闭链接

socket.close()  关闭链接

客户端创建套接字链接：

1）s = socket.socket() 创建socket对象

2）s.connect('127.0.0.1','80')  绑定地址端口链接服务器

3）s.send(data)  发送数据到服务器

4）s.recv(1024)  接收服务器数据

5）s.close()  关闭链接

示例代码：

# ss = socket() # 创建服务器套接字
# ss.bind() # 套接字与地址绑定
# ss.listen() # 监听连接
# inf_loop: # 服务器无限循环
# cs = ss.accept() # 接受客户端连接
# comm_loop: # 通信循环
# cs.recv()/cs.send() # 对话（接收/发送）
# cs.close() # 关闭客户端套接字
# ss.close() # 关闭服务器套接字#（可选）

import socket
import sys
from time import ctime


# 1.socket(socket_family, socket_type, protocol=0)
# 其中，socket_family 是 AF_UNIX 或 AF_INET,ocket_type 是 SOCK_STREAM或 SOCK_DGRAM, protocol 通常省略，默认为 0。
# 为了创建 TCP/IP 套接字，可以用下面的方式调用 socket.socket()。
# tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 同样，为了创建 UDP/IP 套接字，需要执行以下语句。
# udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
ServerSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地机器名
host = socket.gethostname()

# 设置端口
port = 9999

# 2.s.bind绑定本地地址到socket对象
ServerSocket.bind((host, port))
# 3.s.listen监听地址端口，连接几个客户端
ServerSocket.listen(2)
while True:
    # 4.s.accept阻塞接受链接请求，被动接受 TCP 客户端连接，一直等待直到连接到达（阻塞）
    # accept()方法会返回一个含有两个元素的元组（fd,addr）。
    # 第一个元素是新的socket对象，服务器通过它与客户端通信。
    # 第二个元素也是元组，是客户端的地址及端口信息。
    clientsocket, addr = ServerSocket.accept()
    print("连接地址:%s" % str(addr))
    msg = "welcomt to my demo"
    #send()和recv()的数据格式都是bytes。
    # (str和bytes的相互转化，用encode()和decode(),或者用bytes()和str())
    clientsocket.send(msg.encode("utf-8"))
    data = clientsocket.recv(1024)
    data1 = ('[%s] %s' % (ctime(),data.decode())).encode("utf-8")
    clientsocket.send(data1)
    clientsocket.close()
ServerSocket.close()

import socket
import sys

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

host = socket.gethostname()

port = 9999
#如果不是本机，host用server的，ip和name都可以。
s.connect((host,port))

msg = s.recv(1024)
msg2 = "connect to server"
s.send(msg2.encode("utf-8"))
msg3 = s.recv(1024)

s.close()

print(msg.decode("utf-8"))
print(msg3.decode("utf-8"))

简单的socket网络通信就完成了。后续socketserver，粘包等高深知识，还么看，等看到了，再做总结。

参考自：

https://www.cnblogs.com/zhangyingai/p/7097922.html

https://www.cnblogs.com/zhangxinqi/p/8243919.html

http://www.runoob.com/python3/python3-socket.html