Python学习笔记【第十三篇】：Python网络编程一Socket基础

什么是⽹络

　　网络能把双方或多方连在一起的工具，即把数据从一方传递到另一方进行数据传递。

　　网络编程就是不同电脑上的软件能够进行数据传递。即进程间的通讯。

什么是TCP/IP协议

　　协议就是大家一起遵守的约定。

　　计算机都遵守的⽹络通信协议叫做 TCP/IP协议

OSI七层协议

　　互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

什么是IP

　　某个电脑在网络中的具体位置

　　⽤来在⽹络中标记⼀台电脑的⼀串数字，⽐如192.168.1.1；在本地局域⽹上是惟⼀的。

什么是端口

　　在计算机中端口就是某个程序的具体位置

　　端⼝是通过端⼝号来标记的，端⼝号只有整数，范围是从0到65535

.什么是socket

　　socket(简称套接字 ) 是进程间通信的⼀种⽅式，它与其他进程间通信的⼀个主要不同是：它能实现不同主机间的进程间通信，我们⽹络上各种各样的服务⼤多都是基于 Socket 来完成通信的

socket层

　　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，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。

Socket套接字工作流程

　　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

tcp三次握⼿ -------建立连接

tcp四次挥⼿接-------断开连接

TCP十种状态

TCP通信的完整通讯过程，如下图:

基于socket服务端客户端代码

服务端代码

 1 # -*- coding: utf-8 -*-
 2 
 3 # 声明字符编码
 4 # coding:utf-8
 5 import socket
 6 
 7 # 创建服务端套接字
 8 server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 9 # 这个配置是防止客户端直接关闭，服务器再次启动报错。(原因是TCP的四次挥手未完成。)
10 server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
11 # 绑定IP及端口
12 server.bind(('', 7777))
13 # 设置监听最多10个客户端
14 server.listen(10)
15 
16 
17 def socket_server():
18     while True:
19         # 等待客户端的连接，返回客户端套接字和客户端信息
20         client_socket, client_info = server.accept()
21         while True:
22             try:
23                 # 等待接收客户端发来的消息
24                 client_msg = client_socket.recv(1024)
25                 print("%s:%s" % (client_info, client_msg.decode('utf-8')))
26                 # 给客户端发消息
27                 client_socket.send("服务器收到了".encode("utf-8"))
28             except Exception as e:
29                 print("%s 未正常断开", client_info)
30                 print(e)
31                 break
32         # 关闭套接字
33         client_socket.close()
34     server.close()
35 
36 
37 if __name__ == "__main__":
38     socket_server()

客户端代码

 1 # -*- coding: utf-8 -*-
 2 
 3 # 声明字符编码
 4 # coding:utf-8
 5 
 6 import socket
 7 
 8 # 创建客户端socket 套接字
 9 client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
10 
11 # 连接服务器
12 client.connect(('172.16.6.5', 7777))
13 
14 
15 def socket_client():
16     while True:
17         send_msg = input(">>")
18         # 向服务器发送消息
19         client.send(send_msg.encode("utf-8"))
20         # 等待服务器回消息
21         server_msg = client.recv(1024)
22         print("<< %s" % server_msg.decode('utf-8'))
23     # 关闭连接
24     client.close()
25 
26 
27 if __name__ == "__main__":
28     socket_client()

socket通讯基本方法总结

　　服务端套接字函数
　　　　s.bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
　　　　s.listen()  开始TCP监听
　　　　s.accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

　　客户端套接字函数
　　　　s.connect()     主动初始化TCP服务器连接
　　　　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
　　　　s.send()            发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
　　　　s.sendall()         发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
　　　　s.recvfrom()        接收UDP数据
　　　　s.sendto()          发送UDP数据
　　　　s.getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
　　　　s.getsockname()     当前套接字的地址
　　　　s.getsockopt()      返回指定套接字的参数
　　　　s.setsockopt()      设置指定套接字的参数
　　　　s.close()           关闭套接字

　　面向锁的套接字方法
　　　　s.setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
　　　　s.settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
　　　　s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

　　面向文件的套接字的函数
　　　　s.fileno()          套接字的文件描述符
　　　　s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

什么是UDP？

　　UDP是⼀种⾯向⽆连接的协议，每个数据报都是⼀个独⽴的信息，包括完整的源地址或⽬的地址，它在⽹络上以任何可能的路径传往⽬的地，因此能否到达⽬的地，到达⽬的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

　　UDP通信时不需要建⽴连接，数据的传输⾃然是不可靠的，UDP⼀般⽤于多点通信和实时的数据业务，⽐如语⾳⼴播视频 QQ TFTP(简单⽂件传送） SNMP（简单⽹络管理协议） RIP（路由信息协议，如报告股票市场，航空信息）

　　DNS(域名解释

　　创建⼀个udp客户端程序的流程是简单，具体步骤如下：

UDP服务端

 1 # -*- coding: utf-8 -*-
 2 
 3 # 声明字符编码
 4 # coding:utf-8
 5 
 6 import socket
 7 
 8 
 9 def udp_server():
10     server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
11 
12     server.bind(('', 8888))
13     while True:
14         server_msg, client_info = server.recvfrom()
15 
16         print('%s << %s' % (client_info, server_msg.decode('utf-8')))
17         msg = input('>>')
18         server.sendto(msg.encode('utf-8'), client_info)
19 
20 
21 if __name__ == "__main__":
22     udp_server()

UDP客户端

 1 # -*- coding: utf-8 -*-
 2 
 3 # 声明字符编码
 4 # coding:utf-8
 5 
 6 import socket
 7 
 8 
 9 def udp_client():
10     client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
11     while True:
12         msg = input('>>')
13         client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8888))
14         server_msg, server_info = client.recvfrom()
15         print('%s << %s' % (server_info, server_msg.decode('utf-8')))
16 
17 
18 if __name__ == "__main__":
19     udp_client()

udp总结

　　1. udp是TCP/IP协议族中的⼀种协议能够完成不同机器上的程序间的数据通信

　　2. udp服务器、客户端 udp的服务器和客户端的区分：

　　　　往往是通过请求服务和提供服务来进⾏区分请求服务的⼀⽅称为：客户端提供服务的⼀⽅称为：服务器

　　3. udp绑定问题

　　　　⼀般情况下，服务器端，需要绑定端⼝，⽬的是为了让其他的客户端能够正确发送到此进程客户端，⼀般不需要绑定，⽽是让操作系统随机分配，这样就不会因为需要绑定的端⼝被占⽤⽽导致程序⽆法运⾏的情况