网络编程---socket模块

内容中代码都是先写 server端, 再写 client端

1 TCP和UDP对比

TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向连接的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；文件传输程序。

UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文(数据包)，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

2 TCP协议下的socket

个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这工作原理。

　　先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束

细说socket()模块函数用法

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。

获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能大幅减短我们的代码。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
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
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

第一版，单个客户端与服务端通信（low版）

# 网络通信与打电话（诺基亚）是一样的。

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.bind(('127.0.0.1',8080)) # 0 ~ 65535 1024之前系统分配好的端口绑定电话卡

phone.listen(5) # 同一时刻有5个请求，但是可以有N多个链接。开机。

conn, client_addr = phone.accept() # 接电话
print(conn, client_addr, sep='\n')

from_client_data = conn.recv(1024) # 一次接收的最大限制 bytes
print(from_client_data.decode('utf-8'))

conn.send(from_client_data.upper())

conn.close() # 挂电话

phone.close() # 关机

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1',8080)) # 与客户端建立连接，拨号

phone.send('hello'.encode('utf-8'))

from_server_data = phone.recv(1024)

print(from_server_data)

phone.close() # 挂电话

第二版，通信循环

import socket

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

phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

conn, client_addr = phone.accept()
print(conn, client_addr, sep='\n')

while 1: # 循环收发消息
    try:
        from_client_data = conn.recv(1024)
        print(from_client_data.decode('utf-8'))

        conn.send(from_client_data + b'SB')

    except ConnectionResetError:
        break

conn.close()
phone.close()

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1',8080)) # 与客户端建立连接，拨号

while 1: # 循环收发消息
    client_data = input('>>>')
    phone.send(client_data.encode('utf-8'))

    from_server_data = phone.recv(1024)

    print(from_server_data.decode('utf-8'))

phone.close() # 挂电话

第三版，通信，连接循环

import socket

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

phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

while 1 : # 循环连接客户端
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)

    while 1:
        try:
            from_client_data = conn.recv(1024)
            print(from_client_data.decode('utf-8'))

            conn.send(from_client_data + b'SB')

        except ConnectionResetError:
            break

conn.close()
phone.close()

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1',8080)) # 与客户端建立连接，拨号

while 1:
    client_data = input('>>>')
    phone.send(client_data.encode('utf-8'))

    from_server_data = phone.recv(1024)

    print(from_server_data.decode('utf-8'))

phone.close() # 挂电话

远程执行命令的示例：

import socket
import subprocess

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

phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

while 1 : # 循环连接客户端
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)

    while 1:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            ret = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
            correct_msg = ret.stdout.read()
            error_msg = ret.stderr.read()
            conn.send(correct_msg + error_msg)
        except ConnectionResetError:
            break

　　conn.close()
phone.close()

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1',8080)) # 与客户端建立连接，拨号

while 1:
    cmd = input('>>>')
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))

    from_server_data = phone.recv(1024)

    print(from_server_data.decode('gbk'))

phone.close() # 挂电话

3UDP协议下的socket

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

UDP下的socket通讯流程

　　先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，recvform接收消息，这个消息有两项，消息内容和对方客户端的地址，然后回复消息时也要带着你收到的这个客户端的地址，发送回去，最后关闭连接，一次交互结束

上代码感受一下，需要创建两个文件，文件名称随便起，为了方便看，我的两个文件名称为udp_server.py(服务端)和udp_client.py(客户端)，将下面的server端的代码拷贝到udp_server.py文件中，将下面cliet端的代码拷贝到udp_client.py的文件中，然后先运行udp_server.py文件中的代码，再运行udp_client.py文件中的代码，然后在pycharm下面的输出窗口看一下效果。

sever端代码示例

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #创建一个服务器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #绑定服务器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 对话(接收与发送)
udp_sk.close()                         # 关闭服务器套接字

client端代码示例

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

类似于qq聊天的代码示例：

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #DGRAM:datagram 数据报文的意思，象征着UDP协议的通信方式
udp_server_sock.bind(ip_port)#你对外提供服务的端口就是这一个，所有的客户端都是通过这个端口和你进行通信的

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)# 阻塞状态，等待接收消息
    print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
    back_msg=input('回复消息: ').strip()

udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    'taibai':('127.0.0.1',8081),
    'Jedan':('127.0.0.1',8081),
    'Jack':('127.0.0.1',8081),
    'John':('127.0.0.1',8081),
}

while True:
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
    while True:
        msg=input('请输入消息,回车发送,输入q结束和他的聊天: ').strip()
        if msg == 'q':break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])# 必须带着自己的地址，这就是UDP不一样的地方，不需要建立连接，但是要带着自己的地址给服务端，否则服务端无法判断是谁给我发的消息，并且不知道该把消息回复到什么地方，因为我们之间没有建立连接通道

back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)# 同样也是阻塞状态，等待接收消息
print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()

　　接下来，给大家说一个真实的例子，也就是实际当中应用的，那么这是个什么例子呢？就是我们电脑系统上的时间，windows系统的时间是和微软的时间服务器上的时间同步的，而mac本是和苹果服务商的时间服务器同步的，这是怎么做的呢，首先他们的时间服务器上的时间是和国家同步的，你们用我的系统，那么你们的时间只要和我时间服务器上的时间同步就行了，对吧，我时间服务器是不是提供服务的啊，相当于一个服务端，我们的电脑就相当于客户端，就是通过UDP来搞的。

自制时间服务器的代码示例：

from socket import *
from time import strftime
import time
ip_port = ('127.0.0.1', 9000)
bufsize = 1024

tcp_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
tcp_server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
tcp_server.bind(ip_port)

while True:
    msg, addr = tcp_server.recvfrom(bufsize)
    print('===>', msg)
    stru_time = time.localtime() #当前的结构化时间
    if not msg:
        time_fmt = '%Y-%m-%d %X'
    else:
        time_fmt = msg.decode('utf-8')
    back_msg = strftime(time_fmt,stru_time)
    print(back_msg,type(back_msg))
    tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'), addr)

tcp_server.close()

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

while True:
msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

data=tcp_client.recv(bufsize)
print('当前日期：',str(data,encoding='utf-8'))