python socket编程

Posted 2021-02-02

什么是 Socket?

Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”，而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。

Socket又称"套接字"，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

网络中的 Socket 和 Socket API 是用来跨网络的消息传送的，它提供了 进程间通信(IPC) 的一种形式。Socket 应用最常见的类型就是 客户端/服务器 应用，服务器用来等待客户端的链接。

Socket API 概览

Python 提供了两个基本的 socket 模块：

• Socket 它提供了标准的BSD Socket API。
• SocketServer 它提供了服务器重心，可以简化网络服务器的开发。

Socket 类型

套接字格式：socket(family, type[,protocal]) 使用给定的套接族，套接字类型，协议编号（默认为0）来创建套接字

socket 类型	描述
socket.AF_UNIX	用于同一台机器上的进程通信（既本机通信）
socket.AF_INET	用于服务器与服务器之间的网络通信
socket.AF_INET6	基于IPV6方式的服务器与服务器之间的网络通信
socket.SOCK_STREAM	基于TCP的流式socket通信
socket.SOCK_DGRAM	基于UDP的数据报式socket通信
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_SEQPACKET	可靠的连续数据包服务

Socket 函数

• TCP发送数据时，已建立好TCP链接，所以不需要指定地址，而UDP是面向无连接的，每次发送都需要指定发送给谁。
• 服务器与客户端不能直接发送列表，元素，字典等带有数据类型的格式，发送的内容必须是字符串数据。

服务器端 Socket 函数

Socket 函数	描述
s.bind(address)	将套接字绑定到地址，在AF_INET下，以tuple(host, port)的方式传入，如s.bind((host, port))
s.listen(backlog)	开始监听TCP传入连接，backlog指定在拒绝链接前，操作系统可以挂起的最大连接数，该值最少为1，大部分应用程序设为5就够用了
s.accept()	接受TCP链接并返回（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是链接客户端的地址。

客户端 Socket 函数

Socket 函数	描述
s.connect(address)	链接到address处的套接字，一般address的格式为tuple(host, port)，如果链接出错，则返回socket.error错误
s.connect_ex(address)	功能与s.connect(address)相同，但成功返回0，失败返回errno的值

公共 Socket 函数

Socket 函数	描述
s.recv(bufsize[, flag])	接受TCP套接字的数据，数据以字符串形式返回，buffsize指定要接受的最大数据量，flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略
s.send(string[, flag])	发送TCP数据，将字符串中的数据发送到链接的套接字，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(string[, flag])	完整发送TCP数据，将字符串中的数据发送到链接的套接字，但在返回之前尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常
s.recvfrom(bufsize[, flag])	接受UDP套接字的数据u，与recv()类似，但返回值是tuple(data, address)。其中data是包含接受数据的字符串，address是发送数据的套接字地址
s.sendto(string[, flag], address)	发送UDP数据，将数据发送到套接字，address形式为tuple(ipaddr, port)，指定远程地址发送，返回值是发送的字节数
s.close()	关闭套接字
s.getpeername()	返回套接字的远程地址，返回值通常是一个tuple(ipaddr, port)
s.getsockname()	返回套接字自己的地址，返回值通常是一个tuple(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时间，timeout是一个浮点数，单位是秒，值为None则表示永远不会超时。一般超时期应在刚创建套接字时设置，因为他们可能用于连接的操作，如s.connect()
s.gettimeout()	返回当前超时值，单位是秒，如果没有设置超时则返回None
s.fileno()	返回套接字的文件描述
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设置为非阻塞模式，否则将套接字设置为阻塞模式（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的文件

TCP Sockets

为什么应该使用 TCP 协议？

• 可靠的：网络传输中丢失的数据包会被检测到并重新发送
• 有序传送：数据按发送者写入的顺序被读取

相反，使用 socket.SOCK_DGRAM 创建的 用户数据报协议(UDP) Socket 是 不可靠 的，而且数据的读取写发送可以是 无序的
下面的示意图中，我们将看到 Socket API 的调用顺序和 TCP 的数据流：

左边表示服务器，右边则是客户端

左上方开始，注意服务器创建「监听」Socket 的 API 调用：

• socket()
• bind()
• listen()
• accept()

「监听」Socket 做的事情就像它的名字一样。它会监听客户端的连接，当一个客户端连接进来的时候，服务器将调用 accept() 来「接受」或者「完成」此连接

客户端调用 connect() 方法来建立与服务器的链接，并开始三次握手。握手很重要是因为它保证了网络的通信的双方可以到达，也就是说客户端可以正常连接到服务器，反之亦然

上图中间部分往返部分表示客户端和服务器的数据交换过程，调用了 send() 和 recv()方法

下面部分，客户端和服务器调用 close() 方法来关闭各自的 socket

Socket 编程思想

TCP 服务器
1、创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口

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

2、开始监听链接

s.listen()

3、进入循环，不断接受客户端的链接请求

While True:
    s.accept()

4、接收客户端传来的数据，并且发送给对方发送数据

s.recv()
s.sendall()

5、传输完毕后，关闭套接字

s.close()

TCP 客户端
1、创建套接字并链接至远端地址

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

2、链接后发送数据和接收数据

s.sendall()
s.recv()

3、传输完毕后，关闭套接字

Socket 编程实践之服务器端代码

import socket

HOST = ‘192.168.1.100‘
PORT = 8001

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)

print ‘Server start at: %s:%s‘ %(HOST, PORT)
print ‘wait for connection...‘

while True:
    conn, addr = s.accept()
    print ‘Connected by ‘, addr

    while True:
        data = conn.recv(1024)
        print data

        conn.send("server received you message.")

# conn.close()

Socket 编程实践之客户端代码

import socket
HOST = ‘192.168.1.100‘
PORT = 8001

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))

while True:
    cmd = raw_input("Please input msg:")
    s.send(cmd)
    data = s.recv(1024)
    print data

    #s.close()

参考
https://gist.github.com/kevinkindom/108ffd675cb9253f8f71
https://keelii.com/2018/09/24/socket-programming-in-python/