Python Socket 网络通信详解

socket介绍

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

创建TCP Socket：

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

创建UDP Socket：

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

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

Socket 编程思想

操作ip

127.0.01 本地测试ip
0.0.0.0  局域网可用ip
192.168.1.0 网段
192.168.1.1  网关
192.168.1.255 广播地址

In [1]: import socket
#获取主机名
In [2]: socket.gethostname()
Out[2]: 'localhost.localdomain'
# 通过主机名解析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'

#十进制转换二进制
In [5]: socket.inet_aton('192.168.1.190')
Out[5]: '\xc0\xa8\x01\xbe'

#二进制转换十进制
In [8]: socket.inet_ntoa('\xc0\xa8\x01\xbe')
Out[8]: '192.168.1.190'

#十进制转换二进制
In [11]: socket.inet_pton(socket.AF_INET, '192.168.1.190')
Out[11]: '\xc0\xa8\x01\xbe'

#二进制转换十进制
In [15]: socket.inet_ntop(socket.AF_INET, '\xc0\xa8\x01\xbe')
Out[15]: '192.168.1.190'

操作端口

应用层端口：1–65535
众所周知的服务端口：1–255
系统端口：256–1023

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

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

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

练习

示例1

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()

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()

$ 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

打印程序服务端

server2.py

#!/usr/bin/env python3

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # 标准的回环地址 (localhost)
PORT = 65432        # 监听的端口 (非系统级的端口: 大于 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)

解说：

socket.socket() 创建了一个 socket 对象，并且支持 context manager type，你可以使用 with语句，这样你就不用再手动调用 s.close() 来关闭 socket 了。

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

bind() 用来关联 socket 到指定的网络接口（IP 地址）和端口号，bind() 方法的入参取决于 socket地址族，在这个例子中我们使用了 socket.AF_INET (IPv4)，它将返回两个元素的元组：(host, port)。host可以是主机名称、IP 地址、空字符串，如果使用 IP 地址，host 就应该是 IPv4 格式的字符串，127.0.0.1 是标准的IPv4 回环地址，只有主机上的进程可以连接到服务器，如果你传了空字符串，服务器将接受本机所有可用的 IPv4 地址端口号应该是1-65535 之间的整数（0是保留的），这个整数就是用来接受客户端链接的 TCP 端口号，如果端口号小于1024，有的操作系统会要求管理员权限。
listen() 方法调用使服务器可以接受连接请求，这使它成为一个「监听中」的 socket
listen() 方法有一个 backlog 参数。它指定在拒绝新的连接之前系统将允许使用的未接受的连接数量。从 Python 3.5 开始，这是可选参数。如果不指定，Python 将取一个默认值。如果你的服务器需要同时接收很多连接请求，增加 backlog 参数的值可以加大等待链接请求队列的长度，最大长度取决于操作系统。比如在 Linux 下，参考 /proc/sys/net/core/somaxconn
accept() 方法阻塞并等待传入连接。当一个客户端连接时，它将返回一个新的 socket 对象，对象中有表示当前连接的 conn和一个由主机、端口号组成的 IPv4/v6 连接的元组，这里必须要明白我们通过调用 accept() 方法拥有了一个新的 socket对象。这非常重要，因为你将用这个 socket 对象和客户端进行通信。和监听一个 socket 不同的是后者只用来授受新的连接请求。
从 accept() 获取客户端 socket 连接对象 conn 后，使用一个无限 while 循环来阻塞调用conn.recv()，无论客户端传过来什么数据都会使用 conn.sendall() 打印出来，如果 conn.recv()方法返回一个空 byte 对象（b’’），然后客户端关闭连接，循环结束，with 语句和 conn 一起使用时，通信结束的时候会自动关闭socket 链接。

打印程序客户端

#!/usr/bin/env python3

import socket

HOST = '127.0.0.1'  # 服务器的主机名或者 IP 地址
PORT = 65432        # 服务器使用的端口

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))

运行：
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)

参考资料：
Python 中的 Socket 编程（指南）
Python Socket 编程详细介绍

Python Socket 网络通信详解

socket介绍

Socket 类型

Socket 函数

服务器端 Socket 函数

客户端 Socket 函数

公共 Socket 函数

Socket 编程思想

操作ip

操作端口

TCP 服务器

TCP 客户端

练习

示例1

示例2

打印程序服务端

打印程序客户端

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