Python入门自学进阶——8-网络编程

Posted 2021-12-05 kaoa000

网络编程，就是在两台或多台计算机之间通信，网络通信的三个要素：IP地址、端口号、协议。

socket所在层次示意图：

我们写的程序运行起来就是用户进程，我们的程序进行在运行时，如果要进行网络通信，只需要与socket进行交互就可以，socket封装了底层的协议与逻辑，使我们不必关心底层的实现，简化网络通信编程。

 SOCKET编程：

涉及两方：服务器端和客户端。

 

 服务器与客户端都需要创建socket。

python中创建socket，需要引入socket模块，然后使用socket方法创建：

import socket
sk = socket.socket(family，type，proto)

socket(family,type[,proto]) 使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为0）来创建套接字。其中，family参数可选值如下：

名称	目的
AF_INET	IPv4网络通信
AF_INET6	IPv6网络通信
AF_PACKET	链路层通信
AF_UNIX, AF_LOCAL	本地通信

type参数

protocol参数：

　　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

IPPROTO_TCP	IPPTOTO_UDP	IPPROTO_SCTP	IPPROTO_TIPCTCP
TCP传输协议	UDP传输协议	STCP传输协议	TIPC传输协议

 也就是说，默认不输入参数时，socket()创建的是IPv4网络协议簇，流式socket，即TCP协议数据的一个进程。同socket.socket(family=socket.AF_INET,type=socket.SOCK_STREAM,proto=0)   语句等价。

创建好socket后，下一步要进行分叉了，就是要确定到低是作为服务器还是客户端，作为服务器，我们知道，服务器要对外提供服务，需要有确定的地址和端口，这个socket就要与作为服务器的地址和端口进行绑定，相当于变身为具体的服务器了，这个服务器的地址就是绑定的IP和端口号。客户端就可以通过这个地址进行链接。

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,半连接池可以指定等待数量
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

服务器端：

 运行后，在accept（）处阻塞，即停止在此处，等待客户端连接的到来。运行如下客户端：

服务器端则接着执行，打印clisock：

 打印的clisock如下：

(<socket.socket fd=300, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('192.168.1.117', 8888), raddr=('192.168.1.117', 63077)>, ('192.168.1.117', 63077))

server_tcpsock如下：

<socket.socket fd=296, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0> 没有绑定地址前
<socket.socket fd=296, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('192.168.1.117', 8888)>，绑定本地地址后

 可以看到这是同一个sock，fd都是296，绑定地址与没绑定之前的区别就是多了laddr，即本地地址。

而接收客户端连接后，生成了新的sock，新的sock的fd是300，多了raddr，即客户端的地址，返回的clisock分成两部分，一部分是新的sock，一部分是客户端地址（IP+端口号），新的sock是以服务器的原sock为模板，通过增加raddr来生成的。这样服务器就有了客户端地址，就可以向客户端发送信息。

客户端是主动连接服务器，客户端是知道服务器的地址的，服务器是通过客户端的连接获得了客户端的地址。

通过程序，可以看到，只要客户端连接服务器，就在服务器端生成新的socket，不必发送信息。服务器与这个客户端的通信就使用这个socket，如果有其他客户端连接，会生成其他socket，相互的连接也是使用各自的socket，不会发生混乱。

clisock并不是socket，它是一个元组，包含了socket，所以，一般使用：

conn,addr = server_tcpsock.accept()

来分别获得socket和raddr。

看一下结果：

 连接后，服务器和客户端都可以主动发送信息，但要做到一发一收。

客户端发送数据：

使用socket，应用TCP进行通信，数据必须是bytes类型的，所以需要进行转码：

服务器端接收：

 服务器端的运行结果：

看到接收后数据也是bytes型，显示时需要再次转换为字符串：

 运行结果：

 服务器端发送数据：

客户端接收：

客户端结果：

 注意服务器的发送数据和接收数据，使用的socket都是conn，而不是server_tcpsock。

程序运行完毕后，连接是要关闭的，这里是Python自动为我们关闭的连接，一般我们需要在程序中主动关闭连接。对于服务器来说，关闭连接不是关闭所有的socket，而是关闭连接进来的socket，这里就是conn，因为服务器启动后是要不间断为所有客户端服务的，哪个客户端不使用了，就关闭哪个客户端的连接，也就是关系哪个客户端的socket。客户端只有一个socket，直接关闭这个socket就行了。

使用conn.close()关闭socket。

 对于发送信息，有send()和sendall()，区别是，send()发送数据是有大小限制的，最大为发送缓冲区大小的数据，多出来的不发送，sendall()则反复循环使用send()，将所有数据全部发送。

recv()接收数据，参数用于指定接收缓冲区的大小，即一次最大接收多少数据。

 recv()也有阻塞的作用，即一方启动后，可以不等到对方发送数据，先启动接收，这时因为对方还没发送数据，所以这时接收方就阻塞，一直在接收等待状态。

持续连接：

 

 

 

 上述程序的BUG：

1、当客户端断开连接后，服务器端就应该跳出第二层while循环，否则服务器停在input处，输入信息发送，会使用已经断开的socket，发生错误。

2、客户端一开始就输入quit，直接终止时，服务器端也进行了接收，运行到input处，然后就跟第1条错误类似。

3、客户端连接以后，如果直接又异常终止了，服务器端会直接错误，接收语句使用了异常的socket。

那么，程序修改就针对上面的逻辑进行修改：当客户端主动结束时，服务器端接收的是空，可以此为判定条件，跳出内层循环；如果异常终止，在接收时就会出错，可以使用try语句捕获错误。

修改一：在这种交互中，不能发空，也就是不能直接回车，直接回车后，发送方因为是空，没有发送，又无法回到输入，卡死，接收端则一直处于接收阻塞，卡死

 双方都增加一个判断输入为空的判断。

修改二：双方有一方正常结束时，另一方收到的是空，判断后结束：

 

 修改三：客户端异常结束，服务器端要能判断并正常结束，同时服务器端在一个客户端终止后，循环连接其他客户端：

 对于listen（）方法，参数是连接池的大小，这里是2，就是可以有2个连接排队，即一个有3个连接：

 关于多次运行同一程序的问题：在pycharm高版本中，需要如下操作：

右键点击程序，选择edit 'client'...，出现如下界面：

 

 将Allow parallel run勾选上，就可以同时运行多个，即允许并行运行。