python基础之socket编程

Posted 2020-10-03

 

python基础之socket编程

 

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一 TCP/IP五层模型

在每一层都工作着不同的设备，比如我们常用的交换机就工作在数据链路层的，一般的路由器是工作在网络层的。

在每一层实现的协议也各不同，即每一层的服务也不同.下图列出了每层主要的协议。

各层功能

注明：ARP和RAPR两个到底属于哪一层呢？

         由于IP协议使用了ARP协议，所以经常把ARP协议划到网络层，但是ARP协议是为了从网络层使用的IP地址解析出在数据链路层使用的MAC地址，所以有些地方也把ARP协议划分到数据链路层，但是一般情况下，我们还是把ARP和RARP协议划分到网络层。

         这个没有明确的界限，不用太过纠结。

 

二.socekt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。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。

　　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。

那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。 

 

三 套接字

 

3.1 套接字家族

基于文件类型的套接字家族名：AF_UNIX

　 unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信。

基于网络类型的套接字家族名：AF_INET

　　还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET。

 

3.2 套接字的工作流程

　　先从服务器端说起。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。 
　　 
　

 

四 socket()模块函数用法

 

 1 import socket
 2 socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
 3 socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。
 4 
 5 获取tcp/ip套接字
 6 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 7 
 8 获取udp/ip套接字
 9 udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
10 
11 由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了‘from module import *‘语句。使用 ‘from socket import *‘,我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
12 例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

 

 

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

五 基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

 

tcp服务端

1 ss = socket() #创建服务器套接字
2 ss.bind()      #把地址绑定到套接字
3 ss.listen()      #监听链接
4 inf_loop:      #服务器无限循环
5     cs = ss.accept() #接受客户端链接
6     comm_loop:         #通讯循环
7         cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
8     cs.close()    #关闭客户端套接字
9 ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

 

tcp客户端

1 cs = socket()    # 创建客户套接字
2 cs.connect()    # 尝试连接服务器
3 comm_loop:        # 通讯循环
4     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
5 cs.close()            # 关闭客户套接字

 

socket通信流程与打电话流程类似，我们就以打电话为例来实现一个最低级的套接字通信

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.bind((‘127.0.0.1‘,8080)) #绑定手机卡
phone.listen(5) #开机

print(‘starting...‘)
conn,client_addr=phone.accept() #等电话 （链接，客户的的ip和端口组成的元组）
print(conn,client_addr)

#收，发消息
data=conn.recv(1024)
print(‘client data: <%s>‘ %data)
conn.send(data.upper())

服务端

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.connect((‘127.0.0.1‘,8080)) #绑定手机卡

#发，收消息
phone.send(‘hello‘.encode(‘utf-8‘))
data=phone.recv(1024)
print(‘server back res:<%s>‘ %data)

phone.close()

客户端

加上链接循环与通信循环

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind((‘192.168.20.60‘,8081)) #绑定手机卡
phone.listen(5) #开机

print(‘starting...‘)
while True: #链接循环
    conn,client_addr=phone.accept() #等电话 （链接，客户的的ip和端口组成的元组）
    print(‘-------->‘,conn,client_addr)

    #收，发消息
    while True:#通信循环
        try:   #加上的原因是因为在进行连接循环时，若此时连接的客户端断开，conn连接断开，收不到data报错，程序会中断，其他客服端的信息就传就不进来
            data=conn.recv(1024)
            # if not data:break  #针对linux
            print(‘client data: <%s>‘ %data)
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            break
    conn.close() #挂电话
phone.close() #关机

改进版服务端

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.connect((‘192.168.20.60‘,8081)) #绑定手机卡

#发，收消息
while True:
    msg=input(‘>>: ‘).strip()
    if not msg:continue   #若不加此句，当输入为空时，会在服务端接收时陷入死循环
    phone.send(msg.encode(‘utf-8‘))
    data=phone.recv(1024)
    print(‘server back res:<%s>‘ %data)

phone.close()

改进版客户端