Python Socket 网络通信详解

Python 模块 Socket 网络通信

1. 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。

2. 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。

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

创建UDP Socket：

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

3. 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。

3.1 服务器端 Socket 函数

3.2 客户端 Socket 函数

3.3 公共 Socket 函数

4. Socket 编程思想

4.1 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'

4.2 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

4.3 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()

4.4 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

5. 练习

5.1 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

5.2 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：

• Python 中的 Socket 编程（指南）
• Python Socket 编程详细介绍