Python Socket 網絡通信詳解

socket介紹

Python 提供了兩個基本的 socket 模塊：

Socket 它提供了標準的BSD Socket API。
SocketServer 它提供了服務器重心，可以簡化網絡服務器的開發。

Socket 類型

套接字格式：socket(family, type[,protocal]) 使用給定的套接族，套接字類型，協議編號（默認爲0）來創建套接字。

socket 類型	描述
socket.AF_UNIX	用於同一臺機器上的進程通信（既本機通信）
socket.AF_INET	用於服務器與服務器之間的網絡通信
socket.AF_INET6	基於IPV6方式的服務器與服務器之間的網絡通信
socket.SOCK_STREAM	基於TCP的流式socket通信
socket.SOCK_DGRAM	基於UDP的數據報式socket通信
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字無法處理ICMP、IGMP等網絡報文，而SOCK_RAW可以；其次SOCK_RAW也可以處理特殊的IPV4報文；此外，利用原始套接字，可以通過IP_HDRINCL套接字選項由用戶構造IP頭
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的連續數據包服務

創建TCP Socket：

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

創建UDP Socket：

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

Socket 函數

TCP發送數據時，已建立好TCP鏈接，所以不需要指定地址，而UDP是面向無連接的，每次發送都需要指定發送給誰。
服務器與客戶端不能直接發送列表，元素，字典等帶有數據類型的格式，發送的內容必須是字符串數據。

服務器端 Socket 函數

Socket 函數	描述
s.bind(address)	將套接字綁定到地址，在AF_INET下，以tuple(host, port)的方式傳入，如s.bind((host, port))
s.listen(backlog)	開始監聽TCP傳入連接，backlog指定在拒絕鏈接前，操作系統可以掛起的最大連接數，該值最少爲1，大部分應用程序設爲5就夠用了
s.accept()	接受TCP鏈接並返回（conn, address），其中conn是新的套接字對象，可以用來接收和發送數據，address是鏈接客戶端的地址。

客戶端 Socket 函數

Socket 函數	描述
s.connect(address)	鏈接到address處的套接字，一般address的格式爲tuple(host, port)，如果鏈接出錯，則返回socket.error錯誤
s.connect_ex(address)	功能與s.connect(address)相同，但成功返回0，失敗返回errno的值

公共 Socket 函數

Socket 函數	描述
s.recv(bufsize[, flag])	接受TCP套接字的數據，數據以字符串形式返回，buffsize指定要接受的最大數據量，flag提供有關消息的其他信息，通常可以忽略
s.send(string[, flag])	發送TCP數據，將字符串中的數據發送到鏈接的套接字，返回值是要發送的字節數量，該數量可能小於string的字節大小
s.sendall(string[, flag])	完整發送TCP數據，將字符串中的數據發送到鏈接的套接字，但在返回之前嘗試發送所有數據。成功返回None，失敗則拋出異常
s.recvfrom(bufsize[, flag])	接受UDP套接字的數據u，與recv()類似，但返回值是tuple(data, address)。其中data是包含接受數據的字符串，address是發送數據的套接字地址
s.sendto(string[, flag], address)	發送UDP數據，將數據發送到套接字，address形式爲tuple(ipaddr, port)，指定遠程地址發送，返回值是發送的字節數
s.close()	關閉套接字
s.getpeername()	返回套接字的遠程地址，返回值通常是一個tuple(ipaddr, port)
s.getsockname()	返回套接字自己的地址，返回值通常是一個tuple(ipaddr, port)
s.setsockopt(level, optname, value)	設置給定套接字選項的值
s.getsockopt(level, optname[, buflen])	返回套接字選項的值
s.settimeout(timeout)	設置套接字操作的超時時間，timeout是一個浮點數，單位是秒，值爲None則表示永遠不會超時。一般超時期應在剛創建套接字時設置，因爲他們可能用於連接的操作，如s.connect()
s.gettimeout()	返回當前超時值，單位是秒，如果沒有設置超時則返回None
s.fileno()	返回套接字的文件描述
s.setblocking(flag)	如果flag爲0，則將套接字設置爲非阻塞模式，否則將套接字設置爲阻塞模式（默認值）。非阻塞模式下，如果調用recv()沒有發現任何數據，或send()調用無法立即發送數據，那麼將引起socket.error異常。
s.makefile()	創建一個與該套接字相關的文件

Socket 編程思想

操作ip

127.0.01 本地測試ip
0.0.0.0  局域網可用ip
192.168.1.0 網段
192.168.1.1  網關
192.168.1.255 廣播地址

In [1]: import socket
#獲取主機名
In [2]: socket.gethostname()
Out[2]: 'localhost.localdomain'
# 通過主機名解析ip
In [3]: socket.gethostbyname('localhost.localdomain')
Out[3]: '127.0.0.1'

In [4]: socket.gethostbyname('localhost')
Out[4]: '127.0.0.1'

In [3]: socket.gethostbyname('www.baidu.com')
Out[3]: '180.101.49.11'

#十進制轉換二進制
In [5]: socket.inet_aton('192.168.1.190')
Out[5]: '\xc0\xa8\x01\xbe'

#二進制轉換十進制
In [8]: socket.inet_ntoa('\xc0\xa8\x01\xbe')
Out[8]: '192.168.1.190'

#十進制轉換二進制
In [11]: socket.inet_pton(socket.AF_INET, '192.168.1.190')
Out[11]: '\xc0\xa8\x01\xbe'

#二進制轉換十進制
In [15]: socket.inet_ntop(socket.AF_INET, '\xc0\xa8\x01\xbe')
Out[15]: '192.168.1.190'

操作端口

應用層端口：1–65535
衆所周知的服務端口：1–255
系統端口：256–1023

In [16]: socket.getservbyname('mysql')
Out[16]: 3306

In [17]: socket.getservbyname('http')
Out[17]: 80

TCP 服務器

1、創建套接字，綁定套接字到本地IP與端口

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

2、開始監聽鏈接

s.listen()

3、進入循環，不斷接受客戶端的鏈接請求

While True:
    s.accept()

4、接收客戶端傳來的數據，並且發送給對方發送數據

s.recv()
s.sendall()

5、傳輸完畢後，關閉套接字

s.close()

TCP 客戶端

1、創建套接字並鏈接至遠端地址

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

2、鏈接後發送數據和接收數據

s.sendall()
s.recv()

3、傳輸完畢後，關閉套接字

練習

示例1

服務器端代碼

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()

客戶端代碼

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()

$ python soc2.py
Please input msg:ls
server received you message.
Please input msg:hello
server received you message.

$ python test1.py
Server start at: 192.168.211.15:80
wait for connection...
Connected by  ('192.168.211.15', 44079)
ls
hello

示例2

打印程序服務端

server2.py

#!/usr/bin/env python3

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # 標準的迴環地址 (localhost)
PORT = 65432        # 監聽的端口 (非系統級的端口: 大於 1023)

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    s.bind((HOST, PORT))
    s.listen()
    conn, addr = s.accept()
    with conn:
        print('Connected by', addr)
        while True:
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                break
            conn.sendall(data)

解說：

socket.socket() 創建了一個 socket 對象，並且支持 context manager type，你可以使用 with語句，這樣你就不用再手動調用 s.close() 來關閉 socket 了。

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    pass  # Use the socket object without calling s.close().

bind() 用來關聯 socket 到指定的網絡接口（IP 地址）和端口號，bind() 方法的入參取決於 socket地址族，在這個例子中我們使用了 socket.AF_INET (IPv4)，它將返回兩個元素的元組：(host, port)。host可以是主機名稱、IP 地址、空字符串，如果使用 IP 地址，host 就應該是 IPv4 格式的字符串，127.0.0.1 是標準的IPv4 迴環地址，只有主機上的進程可以連接到服務器，如果你傳了空字符串，服務器將接受本機所有可用的 IPv4 地址端口號應該是1-65535 之間的整數（0是保留的），這個整數就是用來接受客戶端鏈接的 TCP 端口號，如果端口號小於1024，有的操作系統會要求管理員權限。
listen() 方法調用使服務器可以接受連接請求，這使它成爲一個「監聽中」的 socket
listen() 方法有一個 backlog 參數。它指定在拒絕新的連接之前系統將允許使用的未接受的連接數量。從 Python 3.5 開始，這是可選參數。如果不指定，Python 將取一個默認值。如果你的服務器需要同時接收很多連接請求，增加 backlog 參數的值可以加大等待鏈接請求隊列的長度，最大長度取決於操作系統。比如在 Linux 下，參考 /proc/sys/net/core/somaxconn
accept() 方法阻塞並等待傳入連接。當一個客戶端連接時，它將返回一個新的 socket 對象，對象中有表示當前連接的 conn和一個由主機、端口號組成的 IPv4/v6 連接的元組，這裏必須要明白我們通過調用 accept() 方法擁有了一個新的 socket對象。這非常重要，因爲你將用這個 socket 對象和客戶端進行通信。和監聽一個 socket 不同的是後者只用來授受新的連接請求。
從 accept() 獲取客戶端 socket 連接對象 conn 後，使用一個無限 while 循環來阻塞調用conn.recv()，無論客戶端傳過來什麼數據都會使用 conn.sendall() 打印出來，如果 conn.recv()方法返回一個空 byte 對象（b’’），然後客戶端關閉連接，循環結束，with 語句和 conn 一起使用時，通信結束的時候會自動關閉socket 鏈接。

打印程序客戶端

#!/usr/bin/env python3

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # 服務器的主機名或者 IP 地址
PORT = 65432        # 服務器使用的端口

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    s.connect((HOST, PORT))
    s.sendall(b'Hello, world')
    data = s.recv(1024)

print('Received', repr(data))

運行：
第一步

$ python3.8 server1.py

第二步：

$ python3.8 client2.py 
Received b'Hello, world'

第三步

$ python3.8 server1.py
Connected by ('127.0.0.1', 47816)

參考資料：
Python 中的 Socket 編程（指南）
Python Socket 編程詳細介紹

Python Socket 網絡通信詳解

socket介紹

Socket 類型

Socket 函數

服務器端 Socket 函數

客戶端 Socket 函數

公共 Socket 函數

Socket 編程思想

操作ip

操作端口

TCP 服務器

TCP 客戶端

練習

示例1

示例2

打印程序服務端

打印程序客戶端

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