Python基础-socket编程

一、网络编程

自从互联网诞生以来，现在基本上所有的程序都是网络程序，很少有单机版的程序了。

计算机网络就是把各个计算机连接到一起，让网络中的计算机可以互相通信。网络编程就是如何在程序中实现两台计算机的通信。

举个例子，当你使用浏览器访问新浪网时，你的计算机就和新浪的某台服务器通过互联网连接起来了，然后，新浪的服务器把网页内容作为数据通过互联网传输到你的电脑上。

由于你的电脑上可能不止浏览器，还有QQ、Skype、Dropbox、邮件客户端等，不同的程序连接的别的计算机也会不同，所以，更确切地说，网络通信是两台计算机上的两个进程之间的通信。比如，浏览器进程和新浪服务器上的某个Web服务进程在通信，而QQ进程是和腾讯的某个服务器上的某个进程在通信。

网络编程对所有开发语言都是一样的，Python也不例外。用Python进行网络编程，就是在Python程序本身这个进程内，连接别的服务器进程的通信端口进行通信。

二、c/s架构

C/S又称Client/Server或客户/服务器模式。

Client/Server结构是20世纪80年代末提出的。这种结构的系统把较复杂的计算和管理任务交给网络上的高档机器——服务器，而把一些频繁与用户打交道的任务交给前端较简单的计算机—客户机。通过这种方式，将任务合理分配到客户端和服务器端，既充分利用了两端硬件环境的优势，又实现了网络上信息资源的共享。由于这种结构比较适于局域网运行环境，因此逐渐得到了广泛的应用。

三、Socket是什么

我们学习Socket就是为了完成C/S架构的开发。

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。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

四、Socket的发展史及分类

Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作"套接字用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。

套接字起源于20世纪70年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称为进程间通讯或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。

基于文件类型的套接字家族：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

基于网络类型的套接字家族：AF_INET

还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候只使用AF_INET

五、Scoket的工作流程

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)，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。

实例

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

六、基于TCP的Socket

TCP服务端：

1 ss = socket() 　　　　#创建服务器套接字  2 ss.bind()      　　  #把地址绑定到套接字  3 ss.listen()         #监听链接  4 inf_loop:      　　  #服务器无限循环  5     cs = ss.accept() #接受客户端链接  6     comm_loop:         #通讯循环  7         cs.recv()        #对话(接收)  8         cs.send()       #对话(发送)  9     cs.close()    #关闭客户端套接字 10 ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

TCP客户端：

1 cs = socket()     # 创建客户套接字 2 cs.connect()      # 尝试连接服务器 3 comm_loop:        # 通讯循环 4     cs.send()     # 对话(发送) 5     cs.recv()     # 对话(接收) 6 cs.close()        # 关闭客户套接字

七、粘包

首先需要掌握一个socket收发消息的原理：

发送端可以是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据，也就是说，应用程序所看到的数据是一个整体，或说是一个流（stream），一条消息有多少字节对应用程序是不可见的，因此TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的原因。而UDP是面向消息的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不同的。怎样定义消息呢？可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要明白的是当对方send一条信息的时候，无论底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈现在内核缓冲区。

例如基于tcp的套接字客户端往服务端上传文件，发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的，在接收方看了，根本不知道该文件的字节流从何处开始，在何处结束。学好python你需要一个良好的环境，一个优质的开发交流群，群里都是那种相互帮助的人才是可以的，我有建立一个python学习交流群，在群里我们相互帮助，相互关心，相互分享内容，这样出问题帮助你的人就比较多，群号是301，还有056，最后是051，这样就可以找到大神聚合的群，如果你只愿意别人帮助你，不愿意分享或者帮助别人，那就请不要加了，你把你会的告诉别人这是一种分享。

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