18-Python-网络编程

1 Socket

1.1 Socket是什么？

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序。而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识。

 

1.2 Socket工作流程

建立一个socket必须至少有2端， 一个服务端，一个客户端， 服务端被动等待并接收请求，客户端主动发起请求， 连接建立之后，双方可以互发数据。

 

 

服务端套接字函数
s.bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
s.listen()  开始TCP监听
s.accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字函数
s.connect()     主动初始化TCP服务器连接
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(receive也受到缓冲区大小的限制)
s.send()            发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
s.sendall()         发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
s.recvfrom()        接收UDP数据
s.sendto()          发送UDP数据
s.getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
s.getsockname()     当前套接字的地址
s.getsockopt()      返回指定套接字的参数
s.setsockopt()      设置指定套接字的参数
s.close()           关闭套接字

面向锁的套接字方法
s.setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
s.settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字的函数
s.fileno()          套接字的文件描述符
s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

 

1.3 （Socket Families）地址簇

socket.AF_UNIX：UNIX本机进程间通信 

socket.AF_INET：IPv4　

socket.AF_INET6：IPv6

1.4 Socket Type

socket.SOCK_STREAM：for tcp

socket.SOCK_DGRAM：for udp 

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_RDM：是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。

socket.SOCK_SEQPACKET：废弃了

1.5 Socket 方法

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)

Create a new socket using the given address family, socket type and protocol number. The address family should be AF_INET (the default), AF_INET6, AF_UNIX, AF_CAN or AF_RDS. The socket type should beSOCK_STREAM (the default), SOCK_DGRAM, SOCK_RAW or perhaps one of the other SOCK_ constants. The protocol number is usually zero and may be omitted or in the case where the address family is AF_CAN the protocol should be one of CAN_RAW or CAN_BCM. If fileno is specified, the other arguments are ignored, causing the socket with the specified file descriptor to return. Unlike socket.fromfd(), fileno will return the same socket and not a duplicate. This may help close a detached socket using socket.close().

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

Build a pair of connected socket objects using the given address family, socket type, and protocol number. Address family, socket type, and protocol number are as for the socket() function above. The default family is AF_UNIX if defined on the platform; otherwise, the default is AF_INET.

socket.create_connection(address[, timeout[, source_address]])

Connect to a TCP service listening on the Internet address (a 2-tuple (host, port)), and return the socket object. This is a higher-level function than socket.connect(): if host is a non-numeric hostname, it will try to resolve it for both AF_INET and AF_INET6, and then try to connect to all possible addresses in turn until a connection succeeds. This makes it easy to write clients that are compatible to both IPv4 and IPv6.

Passing the optional timeout parameter will set the timeout on the socket instance before attempting to connect. If no timeout is supplied, the global default timeout setting returned by getdefaulttimeout() is used.

If supplied, source_address must be a 2-tuple (host, port) for the socket to bind to as its source address before connecting. If host or port are ‘’ or 0 respectively the OS default behavior will be used.

socket.getaddrinfo(host, port, family=0, type=0, proto=0, flags=0) #获取要连接的对端主机地址

sk.bind(address)

　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。

sk.listen(backlog)

　　开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量。

      backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
      这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool)

　　是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。

sk.accept()

　　接受连接并返回（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。

　　接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来

sk.connect(address)

　　连接到address处的套接字。一般，address的格式为元组（hostname,port）,如果连接出错，返回socket.error错误。

sk.connect_ex(address)

　　同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061

sk.close()

　　关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag])

　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])

　　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。

sk.send(string[,flag])

　　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。即：可能未将指定内容全部发送。

sk.sendall(string[,flag])

　　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。

      内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。

sk.sendto(string[,flag],address)

　　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。该函数主要用于UDP协议。

sk.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 client 连接最多等待5s ）

sk.getpeername()

　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()

　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()

　　套接字的文件描述符

socket.sendfile(file, offset=0, count=None)

     发送文件 ，但目前多数情况下并无什么卵用。

2 简单的客户端和服务器端通信程序

2.1 TCP

　　socket方法创建的服务器端在同一时间只能和一个客户端进行通信！

2.1.1 客户端

import socket


client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建TCP套接字
client.connect(("localhost", 8080))  # 连接通信地址

while True:  # 该循环可以实现重复的发送消息
    msg = input(">>:").strip()
    if len(msg) == 0:
        continue
    client.send(msg.encode("utf-8"))  # Python3中只能发送字节类型
    recv_data = client.recv(1024)
    print("收到来自服务器端的消息：", recv_data.decode())

client.close()

 

2.2.2 服务器端

　　下面的写法在客户端断开连接后，服务器端也会关闭：

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建TCP套接字
server.bind(("localhost", 8080))

server.listen(5)  # 开始监听（在macOS上实验，这里设置为5后最多能监听6个客户端连接、设置为1最多监听2个客户端连接，即（n+1））
print("等待连接...")

conn, addr = server.accept()  # conn是服务器端为连接客户端生成的连接实例
print("接到来自IP[%s] PORT[%s]的电话" % (addr[0], addr[1]))  # 打印客户端IP地址

while True:  # 通信循环，可以不断的收发消息
    recv_data = conn.recv(8096)
    print("收到自客户端的消息：", recv_data.decode())
    if not recv_data:  # 防止客户端断开后，服务器端进入死循环
        print("客户端断开连接...")
        break
    conn.send(recv_data.upper())

conn.close()  # 关闭连接
server.close()  # 关闭实例还是需要用server.close()

　　下面的写法在客户端断开连接后，服务器端仍然可以监听连接请求：

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建TCP套接字
server.bind(("localhost", 8081))

server.listen(5)  # 开始监听（在macOS上实验，这里设置为5后最多能监听6个客户端连接、设置为1最多监听2个客户端连接（即n+1））
print("等待连接...")
while True:  # 循环等待建立连接
    conn, addr = server.accept()  # conn是服务器端为连接客户端生成的连接实例
    print("接到来自IP[%s] PORT[%s]的电话" % (addr[0], addr[1]))  # 打印客户端IP地址

    while True:  # 通信循环，可以不断的收发消息
        recv_data = conn.recv(8096)
        print("收到自客户端的消息：", recv_data.decode())
        if not recv_data:  # 防止客户端断开后，服务器端进入死循环
            print("客户端断开连接...")
            break
        conn.send(recv_data.upper())

conn.close()  # 关闭连接
server.close()  # 关闭实例还是需要用server.close()

 

2.2 UDP

2.2.1 客户端

import socket


ip_port = ("127.0.0.1", 9000)
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg = input(">>:").strip()
    if not msg:
        continue

    client.sendto(msg.encode("utf-8"), ip_port)
    recv_msg, addr = client.recvfrom(1024)
    print("receive msg [%s] form server IP:%s, PORT:%s" % (recv_msg.decode(), addr[0], addr[1]))

2.2.2 服务器端

import socket


server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(("127.0.0.1", 9000))

while True:
    print("waitting for msg...")
    msg, addr = server.recvfrom(1024)
    print("receive msg [%s] from IP:%s, PORT:%s" % (msg.decode(), addr[0], addr[1]))
    server.sendto(msg.upper(), addr)

3 socket发送大数据

由于缓冲区的限制，当客户端或服务器端在接收数据的时候如果缓冲区小于发送数据的大小，那么就要分为几次才能全部接收。

客户端

import socket


ip_port = ("localhost", 8777)
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(ip_port)

while True:

    cmd = input(">>:")
    if len(cmd) == 0:
        continue

    cmd = cmd.encode("utf-8")
    client.send(cmd)  # 发送命令

    data_len = client.recv(8192).decode()  # 接收服务器发送数据的长度
    print("预发送的数据长度:", data_len)  # 打印长度

    recv_data_len = 0  # 初始化接收数据的长度
    while recv_data_len < int(data_len):
        recv_data = client.recv(1024)
        recv_data = recv_data.decode()
        recv_data_len += len(recv_data)
        print(recv_data)
        print("实际接收的数据长度:", recv_data_len)  # 打每一次接收数据的长度


client.close()

服务器端

import socket
import os

ip_port = ("localhost", 8777)
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(ip_port)

server.listen()
print("监听客户端请求...")

conn, addr = server.accept()
print("建立与客户端IP[%s],PORT[%s]的连接" % (addr[0], addr[1]))

while True:

    recv_data = conn.recv(1024)
    recv_data = recv_data.decode()  # 接收客户端发送的命令
    if len(recv_data) == 0:
        print("客户端已断开连接...")
        break

    res = os.popen(recv_data).read()
    # print(type(res)) --> str24     if len(res) == 0:
        res = "'%s'不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。" % recv_data

    conn.send(str(len(res)).encode("utf-8"))  # 发送数据大小。
    
    conn.send(res.encode("utf-8"))  # 发送数据

server.close()