python实现一个简单的网络聊天程序

Posted 2020-11-26 yll333

一、Linux Socket

1.Linux Socke基本上就是BSD Socket（伯克利套接字）

伯克利套接字的应用编程接口（API）是采用C语言的进程间通信的库，经常用在计算机网络间的通信。BSD Socket的应用编程接口已经是网络套接字的抽象标准。大多数其他程序语言使用一种相似的编程接口。由于伯克利套接字是第一个socket，大多数程序员很熟悉它们，所以大量系统把伯克利套接字作为其主要的网络API。 

主要的头文件如下，不同的系统可能具体不同。

<sys/socket.h> BSD socket 核心函数和数据结构。

<netinet/in.h> AF_INET 和AF_INET6 地址家族和他们对应的协议家族PF_INET 和PF_INET6。在互联网编程中广泛使用，包括IP地址以及TCP和UDP端口号。

<sys/un.h> PF_UNIX/PF_LOCAL 地址家族。用于运行在一台计算机上的程序间的本地通信，不用在网络中。

<arpa/inet.h> 和IP地址相关的一些函数。

<netdb.h> 把协议名和主机名转化成数字的一些函数。

 

2.API函数

这些是伯克利套接字提供的库函数：

（1）socket() 创造某种类型的套接字，分配一些系统资源，用返回的整数识别。

（2）bind() 一般是用在服务器这边，和一个套接字地址结构相连，比如说是一个特定的本地端口号和一个IP地址。

（3）listen()用在服务器一边，导致一个绑定的TCP套接字进入监听状态。

（4）connect() 用在客户机这边，给套接字分配一个空闲的端口号。比如说一个TCP套接字，它会试图建立一个新的TCP连接。

（5）accept() 用在服务器这边。从客户机那接受请求试图创造一个新的TCP连接，并把一个套接字和这个连接相联系起来。

（6）send() and recv()， or write() and read()，or sendto() and recvfrom()用来接收和发送数据。

（7）close() 关闭连接，系统释放资源。

（8）gethostbyname() and gethostbyaddr()用来解析主机名和地址。

（9）select() 、poll() 处理多个连续的读、写饿错误状态。

（11）getsockopt() 得到对应socket的选项值。

（12）setsockopt() 设置对应socket的选项值。

  

二、Python实现网络通信

　　网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。python中socket模块为操作系统的socket实现提供了一个python接口。

1.socket的相关函数：

（1）socket()：用于创建与指定的服务提供者绑定socket。

　　函数原型为：socket=socket.socket(familly,type)

　　参数说明：

　　familly：指定协议的地址家族，可为AF_INET或AF_UNIX。AF_INET家族包括Internet地址，AF_UNIX家族用于同一台机器上的进程间通信。

　　type：指定套接字的类型。

（2）bind()：bind()函数可以将本地地址与一个socket绑定在一起.

　　函数原型为：socket.bind( address )

　　参数address是一个双元素元组，格式是(host,port)。host代表主机，port代表端口号。

（3）listen()：listen()函数可以将socket设置为监听接入连接的状态。

　　函数原型为：listen(backlog)

　　参数backlog指定等待连接队列的最大长度。

（4）connect()：connect()函数用于连接到address处的socket。

　　函数原型为：socket.connect(address)

　　参数address是一个双元素元组，格式是(host,port)。host代表主机，port代表端口号

（5）accept()：在服务器端调用listen()函数监听接入连接后，可以调用accept()函数来等待接受连接请求。

　　函数原型为：(connection,address)=socket.accept()

　　用accept()方法后，socket会进入waiting状态。客户请求连接时，accept()方法会建立连接并返回服务器。accept()方法返回一个含有两个元素的元组(connection,address)。第一个元素connection是新的socket对象，服务器必须通过它与客户通信；第二个元素address是客户的Internet地址。

（6）recv()：调用recv()函数可以从已连接的socket中接收数据。

　　函数原型为：buf = sock.recv(size)

　　参数sock是接收数据的socket对象，参数size指定接收数据的缓冲区的大小。recv()的函数的返回接收的数据。

（7）send()：调用send()函数可以在已连接的socket上发送数据。

　　函数原型为：sock.recv(buf)

　　参数sock是在已连接的socket上发送数据。参数buf是也要已连接的Socket上发送数据。

（8）close()：close ()函数用于关闭一个socket，释放其所占用的所有资源。

　　函数原型为：sock.closesocket();

　　参数s表示要关闭的socket。

可以在Linux系统下查看socket模块：

　　通过比较可以看出，再socket模块中并没有上述的bind()，listen()，accept()等函数。

　　这是因为它们都是继承自_socket模块。而_socket是在链接库里的，也就是说它不是用python实现的，而是socket操作的C实现，这个是非常底层的操作。socket.py是用py代码把C实现的模块的封装起来之后的模块，供人使用，在不同系统_socket的位置不一样。 

再查看_socket模块：

 

这下可以看到我们在编程中需要用到的那些函数了。

 

2.TCP/编程实现：

　　socket编程需要两端,一般来说,需要一个服务端(Server),一个客户端(Client)。如图：

 

TCP服务端编程：

服务端连接步骤：

（1）创建socket对象

（2）使用bind方法,绑定IP地址,Address和端口Port

（3）使用listen开始监听,在上面以绑定的地址上

（4）使用accept开始等待连接进来,获取用于传送数据的socket对象和addr。注意使用accept会发生阻塞,惯用放在新的线程里面

（5）接收数据recv

代码：

import socket

sk = socket.socket() # 默认是AF_INET、SOCK_STREAM
address = (\'127.0.0.1\', 9000) 
sk.bind(address) # 将主机号与端口绑定到套接字
sk.listen(3) # 设置并启动TCP监听器
print(\'waitting......\')

while True:
    conn, addr = sk.accept() # 被动接受TCP连接，一直等待连接到达
    print(\'连接到达\',addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) # 接收TCP消息，并制定最大长度
        if not data:
            print(\'连接已断开！\')
            conn.close()
            break
        print(str(data, \'utf8\'))
        inp = input(\'>>\')
        conn.send(bytes(inp, \'utf8\'))  #向客户端回送信息

TCP客户端编程：

客户端连接步骤:

（1）创建Socket对象

（2）连接到远端服务端的IP和port端口, connect方法

（3）传输数据：send发送数据；recv接收数据, 会阻塞

（4）关闭连接,释放资源

代码：

import  socket

sk = socket.socket() # 默认是AF_INET、SOCK_STREAM
address = (\'127.0.0.1\', 9000)
sk.connect(address) #连接服务端
while True:
    inp = input(\'>>\')
    if inp == \'exit\':
        break
    sk.send(bytes(inp, \'utf8\')) #向服务端发送信息
    data = sk.recv(1024)
    print(str(data, \'utf8\'))
else:
    sk.close()

运行结果：

服务端：

 

客户端：