python之Socket网络编程详解

发表于 5年以前 | 总阅读数：1101 次

什么是网络？

网络是由节点和连线构成，表示诸多对象及其相互联系。在数学上，网络是一种图，一般认为专指加权图。网络除了数学定义外，还有具体的物理含义，即网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型。在计算机领域中，网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，通过它把各个点、面、体的信息联系到一起，从而实现这些资源的共享。网络是人类发展史来最重要的发明，提高了科技和人类社会的发展。

网络通信的三要素

IP地址
用来表示一台独立的主机
特殊的IP地址 127.0.0.1或称localhost(表示本地回环地址，保留地址等)，可用于本机测试

端口号
要将数据发送到对方指定的应用程序上，为了标识这些应用程序，所以给这些网络应用程序都用数字进行标识。为了方便称呼这些数字，则将这些数字称为端口

传输协议
_TCP协议：_传输控制协议
面向连接：传输之前需要建立连接
在连接过程中进行大量数据传输
通过三次握手方式连接，属于安全可靠连接
传输速率慢，效率低
_UDP协议：_用户传输协议
面向无连接：传输过程不需要建立连接即可传输
每个数据传输的大小都限制在64K以内
传输过程不可靠
传输速率快，效率高

SOCKET网络编程

如简单的实现一个WEB小程序


    import socket
    def handle_request(client):
     buf = client.recv(1024)
     client.send(bytes("HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n",'utf8'))
     client.send(bytes("Hello, World",'utf8'))

    def main():
     sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
     sock.bind(('localhost', 8080))
     sock.listen(5)

     while True:
      connection, address = sock.accept()
      handle_request(connection)
      connection.close()


    if __name__ == '__main__':
     main()

Python 提供了两个级别访问的网络服务：

低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。
高级别的网络服务模块 SocketServer，它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

什么是socket?

　　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。

Socket()函数：

socket.socket([family[, type[, proto]]])

参数

family: 套接字家族可以使AF_UNIX或者AF_INET
type: 套接字类型可以根据是面向连接的还是非连接分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
protocol: 一般不填默认为0。

通信流程


    #######server端##########

    import socket

    sk = socket.socket()
    address = ('127.0.0.1', 8000)
    sk.bind(address)
    sk.listen(3)

    while True:
     conn, addr = sk.accept()
     while True:
      try:
       data = conn.recv(1024)
       print(str(data, 'utf8'))
       if not data:
        break
       inp = input(">>>")
       conn.send(bytes(inp, 'utf8'))
      except Exception:
       break

    conn.close()

    ##########Client端###########
    import socket

    sk = socket.socket()
    address = ('127.0.0.1', 8000)
    sk.connect(address)
    while True:
     inp = input(">>>")
     if inp == "exit":
      break
     sk.send(bytes(inp, 'utf8'))
     data = sk.recv(1024)
     print(str(data, 'utf8'))
    sk.close()

Socket内建方法

s.bind() 绑定地址（host,port）到套接字，在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen() 开始TCP监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept() 被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字
s.connect() 主动初始化TCP服务器连接，。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
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，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send() 发送TCP数据，将string中的数据发送到连接的套接字。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() 完整发送TCP数据，完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvform() 接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto() 发送UDP数据，将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close() 关闭套接字
s.getpeername() 返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname() 返回套接字自己的地址。通常是一个元组(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期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout() 返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno() 返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag) 如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（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连的文件

实例


    #########Server端##########

    import socket
    import subprocess

    sk = socket.socket()
    address = ('127.0.0.1', 8000)
    sk.bind(address)
    sk.listen(3)


    while True:
     conn, addr = sk.accept()
     while True:
      try:
       data = conn.recv(1024)
      except Exception:
       break
      if not data:
       break

      # print(str(data, 'utf8'))
      # data = str(data, 'utf8')#解码同decode
      obj = subprocess.Popen(data.decode('utf8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
      ssh_result = obj.stdout.read()
      result_len = bytes(str(len(ssh_result)),'utf8')
      conn.send(result_len)

      conn.send(ssh_result)

    conn.close()


    #########Client#########


    import socket

    sk = socket.socket()
    address = ('127.0.0.1', 8000)
    sk.connect(address)

    while True:
     inp = input(">>>")
     if inp == "exit":
      break
     sk.send(bytes(inp, 'utf8'))
     result_len = int(str(sk.recv(1024), 'utf8'))
     print(result_len)
     data = bytes()
     while len(data) != result_len:
      recv = sk.recv(1024)
      data += recv
     print(str(data, 'gbk'))
    sk.close()

文件上传

Server


    import socket
    import os

    sk = socket.socket()
    address = ('127.0.0.1', 8000)
    sk.bind(address)
    sk.listen(3)

    BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))

    while True:
     conn, addr = sk.accept()
     while True:
      data = conn.recv(1024)
      cmd, file_name, file_size = str(data, 'utf8').split('|')
      path = os.path.join(BASE_DIR, 'model', file_name)
      file_size = int(file_size)

      f = open(path, 'ab')
      has_recv = 0
      while has_recv != file_size:
       data = conn.recv(1024)
       f.write(data)
       has_recv += len(data)
      f.close()

Client


    import socket
    import os

    sk = socket.socket()
    address = ('127.0.0.1', 8000)
    sk.connect(address)

    BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))

    while True:
     inp = input(">>>>").strip()
     path = os.path.join(BASE_DIR, inp)

     file_name = os.path.basename(path)
     file_size = os.stat(path).st_size
     file_info = 'post|%s|%s' % (file_name, file_size)
     sk.sendall(bytes(file_info, 'utf8'))

     f = open(path, 'rb')
     has_sent = 0
     while has_sent != file_size:
      data = f.read(1024)
      sk.sendall(data)
      has_sent += len(data)

     f.close()
     print("上传成功")

socketserver

socketserver模块简化了网络编程服务程序的任务，同时SocketServer模块也是Python标准库中很多服务器框架的基础。

学习它的最好办法是自己浏览一遍它的源码。

首先先看一下如何去运用


    import socketserver

    class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
     def handle(self):
      print("服务端启动")
      while True:
       conn = self.request

       while True:
        data = conn.recv(1024)
        print(str(data, 'utf8'))
        inp = input(">>>>>")

        conn.sendall(bytes(inp, 'utf8'))
       conn.close()

    if __name__ == '__main__':
     server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8080), MyServer)
     server.serve_forever()

    server


    import socket

    sk = socket.socket()

    address = ('127.0.0.1', 8080)

    sk.connect(address)
    print("客户端启动")

    while True:
     inp = input(">>>>>")
     sk.sendall(bytes(inp, 'utf8'))
     if inp == "q":
      break
     data = sk.recv(1024)
     print(str(data, 'utf8'))
    sk.close()

此代码简单的实现了server端能同时和多个client聊天的功能。

我们在看源码前，首先要明确的是它分了几个类及每个类的功能作用等。

There are five classes in an inheritance diagram, four of which represent
synchronous servers of four types: