一个hello/hi的简单的网络聊天程序和python Socket API与Linux Socket API之间的关系

Posted 2020-11-24 zzh大帅

1.Socket概述

　　套接字（socket）是一个抽象层，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中，并与网络中的其他应用程序进行通信。网络套接字是IP地址与端口的组合。

　　套接字可以看成是两个网络应用程序进行通信时，各自通信连接中的一个端点。通信时，其中的一个网络应用程序将要传输的一段信息写入它所在主机的Socket中，该Socket通过网络接口卡的传输介质将这段信息发送给另一台主机的Socket中，使这段信息能传送到其他程序中。因此，两个应用程序之间的数据传输要通过套接字来完成。工作流程如下图所示：

Socket()：创建套接字。

 

Bind()：指定本地地址。在某个知名端口（Well-known Port）上操作的服务器进程必须要对系统指定本地端口，所以一旦创建了一个套接字，服务器就必须使用bind()系统调用为套接字建立一个本地地址。

 

Connect()：将套接字连接到目的地址。客户机可以调用connect()为套接字绑定一个永久的目的地址，将它置于已连接状态。对数据流方式的套接字，必须在传输数据前，调用connect()构造一个与目的地的TCP连接，并在不能构造连接时返回一个差错代码。

 

Listen()：设置等待连接状态。对于一个服务器的程序，当申请到套接字，并调用bind()与本地地址绑定后，就应该等待某个客户机的程序来要求连接。listen()就是把一个套接字设置为这种状态的函数。

 

Accept()：接受连接请求。服务器进程使用系统调用socket，bind和listen创建一个套接字，将它绑定到知名的端口，并指定连接请求的队列长度。然后，服务器调用Accept进入等待状态，直到到达一个连接请求。

 

Send()/Receive()：发送和接收数据 。在数据流方式中，一个连接建立以后，或者在数据报方式下，调用了Connect()进行了套接字与目的地址的绑定后，就可以调用Send()和Receive()函数进行数据传输。

 

Close()：关闭套接字。

 

2.python网络聊天程序

直接上代码：

客户端：

 1 import socket
 2 import sys
 3 
 4 # 创建一个socket
 5 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 6 # 建立连接
 7 s.connect((\'127.0.0.1\', 3000))
 8 while True:
 9     # 发送数据:
10     try:
11         data = input("客户端:")
12         s.send(data.encode())
13         buf = s.recv(1024).decode()
14         if buf != \'exit\':
15             print("服务端: " + buf)
16     except:
17         print("Dialogue Over")
18         s.close()
19         sys.exit(0)

服务端：

 1 import socket
 2 
 3 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 4 s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
 5 s.bind((\'127.0.0.1\', 3000))  # 监听端口
 6 s.listen(1)  # 调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量
 7 sock, addr = s.accept()
 8 buf = sock.recv(1024).decode()
 9 while True:
10     if buf != \'exit\':
11         print("客户端: " + buf)
12     data = input("服务端: ")
13     sock.send(data.encode())
14     if data == \'exit\':
15         break
16     buf = sock.recv(1024).decode()

这两个程序有这么几行，对应上面的工作流程说明：

 

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

创建socket实现IPV4的通信（socket.AF_INET）并使用流式socket for TCP（socket.SOCK_STREAM）

 

s.bind((\'127.0.0.1\', 3000)):

将地址（主机名（127.0.0.1）、端口号（3000）对）绑定到套接字上

 

s.connect((\'127.0.0.1\', 3000))

连接到指定的服务端的socket上

 

s.listen(1):

调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量，此处为1

 

sock, addr = s.accept() :

接受TCP连接并返回（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是连接客户端的地址。

 

sock.send(data.encode()):

发送TCP数据，将参数中的数据发送到连接的套接字。

 

buf = sock.recv(1024).decode():

接受TCP套接字的数据。数据以字符串形式返回，指定要接收的最大数据量为1024。

 

s.close():

关闭套接字。

 

程序运行结果如下：

客户端：

 服务端：

 注意要先启动Server再启动Client，否则会报错

 

3.python函数和Linux Socket API的对应关系

对应关系如下表：

python函数	Linux Socket API
socket.socket	int socket(int domain, int type, int protocol);
bind	int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
connect	int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen	int listen(int sockfd, int backlog);
accept	int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
send	ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
recv	ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
close	int close(int socketfd)

 

可以通过strace python3 server.py命令跟踪这个程序所使用的系统调用

在输出的结果中有这么一段：

 

 这个程序使用的系统调用对应上面的表格中的Linux Socket API