Python网络编程之socket模块基础实例！

TCP是流协议，而UDP是数据报协议。换句话说，TCP在客户机和服务器之间建立持续的开放连接，在该连接的生命期内，字节可以通过该连接写出（并且保证顺序正确）。然而，通过 TCP 写出的字节没有内置的结构，所以需要高层协议在被传输的字节流内部分隔数据记录和字段。

UDP是数据报协议，不需要在客户机和服务器之间建立连接，它只是在地址之间传输报文。UDP的一个很好特性在于它的包是自分隔的（self-delimiting），也就是一个数据报都准确地指出它的开始和结束位置。然而，UDP的一个可能的缺点在于，它不保证包将会按顺序到达，甚至根本就不保证。不过，UDP有一个很大的有点就是效率高。

TCP与UDP直接的对比就好似手机通信和邮寄信件通信。TCP犹如手机通信机制，当呼叫者通过手机拨打接受者手机，只有接受者按下接听键，两方才算建立起了连接，且只要没人挂断，连接就一直是存活的，也只有在连接存活情况下两者才能通话。UDP就如有邮局系统，只有有人来寄信，邮局就回帮他寄，但是不会去管收件人是否存在、也不管收件人什么时候能收到信，如果寄件人陆续寄出多封信，收件人收的的信先后顺序是混乱的，如果有的信没有送达，那这封信就此消失在历史的尘埃中。

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。每一个socket都用一个半相关描述{协议、本地地址、本地端口}来表示；一个完整的套接字则用一个相关描述{协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口}来表示。socket也有一个类似于打开文件的函数调用，该函数返回一个整型的socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过socket描述符来实现的。以TCP协议中socket建立连接的“三次握手”为例，其过程如下：

如图所示，当客户端通过socket调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用socket的accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

两个socket通过“网络”交互数据进行数据交互时只负责两件事：建立连接，传递数据；同时socket在收发数据时遵循的原则：有发就有收，收发必相等！

4、socket基本使用

1）socket函数

功能：使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为0）来创建套接字。

格式：socket.socket([family[,type[,proto]]])

参数：

family : AF_INET (默认ipv4)，AF_INET6(ipv6) ， AF_UNIX(Unix系统进程间通信).

type : SOCK_STREAM (TCP),SOCK_DGRAM(UDP) .

protocol : 一般为0或者默认

备注：如果socket创建失败会抛出一个socket.error异常

2）服务器端函数

a）bind函数

格式：s.bind(address)

功能：将地址address绑定到套接字,地址以元组（host,port）的形式表示。

参数：

address为元组（host,port）

host: ip地址,为一个字符串

post: 自定义主机号,为整型

b）listen函数

格式：s.listen(backlog)

功能：使服务器的这个端口和IP处于监听状态，等待网络中某一客户机的连接请求。如果客户端有连接请求，端口就会接受这个连接。

参数：backlog : 操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了

c）accept函数

格式：s.accept()

功能：接受远程计算机的连接请求，建立起与客户机之间的通信连接。服务器处于监听状态时，如果某时刻获得客户机的连接请求，此时并不是立即处理这个请求，而是将这个请求放在等待队列中，当系统空闲时再处理客户机的连接请求。

返回值：返回一个数组（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

3）客户端函数

a）connect函数

格式：s.connect(address)

功能：用来请求连接远程服务器

参数：address为远程服务器地址， 格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误

b）connect_ex函数

格式：s.connect_ex(address)

备注：connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

4）通用函数

a）recv函数

格式：s.recv(bufsize[,flag])

功能：接收远端主机传来的数据

参数：

bufsize : 指定要接收的数据大小

flag : 提供有关消息的其他信息，通常可以忽略

返回值：返回值为数据以字符串形式

b）send函数

格式：s.send(string[,flag])

功能：发送数据给指定的远端主机

参数：

string : 要发送的字符串数据

flag : 提供有关消息的其他信息，通常可以忽略

返回值：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。

c）sendall函数

格式：s.sendall(string[,flag])

功能：内部调用了send函数，完整发送TCP数据。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。

参数：同send函数

返回值 : 成功返回None，失败则抛出异常。

d）close函数

格式：s.close()

功能：关闭套接字

e）recvfrom函数

格式：s.recvfrom(bufsize[.flag])

功能：与recv()类似，区别是返回值不同

返回值：返回一个数组（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。

f）sendto函数

格式：s.sendto(string[,flag],address)

功能：将数据发送到套接字

参数：

string : 要发送的字符串数据

flag : 提供有关消息的其他信息，通常可以忽略

address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址

返回值：返回值是要发送的字节数量

备注：该函数主要用于UDP协议。

g）settimeout函数

格式：s.settimeout(timeout)

功能：设置套接字操作的超时期

参数：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 ）

h）getpeername函数

格式：s.getpeername()

功能：获取连接套接字的远程地址

返回值：返回值通常是元组（ipaddr,port）。

i）getsockname函数

格式：s.getsockname()

功能：获取套接字自己的地址

返回值：通常是一个元组(ipaddr,port)

socket中常用的函数就上面这些了。先用上面这些函数尝试TCP协议下的socket通信。

服务器端代码如下：

import socket

sk = socket.socket()

sk.bind(('127.0.0.1',8088))

sk.listen(5)

print('正在等待Linux公社客户端连接……')

conn,addr = sk.accept()

print('Linux公社客户端已连接到服务器……')

mes_from_client = conn.recv(1024).decode('utf-8')

print(mes_from_client)

mes_to_server = '你好，Linux公社www.linuxidc.com客户端，已收到您的信息！'.encode('utf-8')#发送的数据必须是byte类型

conn.send(mes_to_server)

conn.close()

sk.close()

客户端代码：

import socket

sk = socket.socket()

sk.connect(('127.0.0.1',8088))

mes_to_server = '你好，Linux公社www.linuxidc.com服务器！'.encode('utf-8')#发送的数据必须是byte类型

sk.send(mes_to_server)

mes_from_server = sk.recv(1024).decode('utf-8')

print(mes_from_server)

sk.close()

注意：上述两代码块必须放在两不同的文件中，且必须先运行服务器代码，然后在开启客户端。开启服务器后，首先输出“正在等待客户端连接……”，然后进程会阻塞在accept函数中，下面的代码不会被执行，知道有客户端连接过来。开启客户端后，服务器端会先收到客户端发来的信息，然后客户端也会受到服务器发来的信息。

上面的例子中，服务器和客户端都是收发了一条信息后socket关闭，如果要保持连接进行长时间通信呢？那么，我们可以把收发函数放入一个“while True”循环中：

服务器端代码：

import socket

BUF_SIZE = 1024 #设置缓冲区大小

server_addr = ('127.0.0.1',8089) #IP和端口构成表示地址

server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #生成一个新的socket对象

server.bind(server_addr) #绑定地址

print("socket与地址绑定完成……")

server.listen(5) #监听,最大监听数为5

print("socket监听开始……")

client,client_addr = server.accept() #接收TCP连接,并返回新的套接字和地址,阻塞函数

print("报告：有客户端请求连接，正在连接……")

print('客户端地址为：{}'.format( client_addr))

while True :

mes_from_client = client.recv(BUF_SIZE) #从客户端接收数据

mes = mes_from_client.decode('utf-8')

print('客户端说：{}'.format(mes))

mes = input('回复客户端的信息>')

mes_to_client = mes.encode('utf-8')

client.sendall(mes_to_client) #发送数据到客户端

server.close()

客户端代码：

import socket

BUF_SIZE = 1024 #设置缓冲区的大小

server_addr = ('127.0.0.1',8089) #IP和端口构成的服务器地址

client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #返回新的socket对象

client.connect(server_addr) #连接服务器

while True:

mes = input("发送给服务器的信息> ")

mes_to_server = mes.encode('utf-8')

client.sendall(mes_to_server) #发送数据到服务器

mes_from_server = client.recv(BUF_SIZE) #从服务器端接收数据

mes = mes_from_server.decode('utf-8')

print(mes)

client.close()

运行上述代码后，客户端和服务器可以长时间维持通信。不过，使用socket时一定要注意，有发才有收，收发必相等，否则，就回出现异常。如果需要求换其他客户端与当前服务器进行通信，必须先断开当前客户端的连接。

再来尝试UDP协议下socket通信：

服务器端代码：

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

sk.bind(('127.0.0.1',8090))

print('等待客户端发来消息……')

msg,addr = sk.recvfrom(1024) # 此处会阻塞

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

mes_to_server = '你好，Linux公社www.linuxidc.com客户端，已收到你的信息！'.encode('utf-8')#发送的数据必须是byte类型

sk.sendto(mes_to_server,addr)

sk.close()

客户端代码：

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

ip_port = ('127.0.0.1',8090)

mes_to_server = '你好，Linux公社www.linuxidc.com服务器！'.encode('utf-8')#发送的数据必须是byte类型

sk.sendto(mes_to_server,ip_port)

ret,addr = sk.recvfrom(1024)

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

sk.close()

如果需要不停收发消息，代码更改如下：

服务器端代码：

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

sk.bind(('127.0.0.1',8090))

print('等待Linux公社linuxidc.com客户端发来消息……')

while True:

msg,addr = sk.recvfrom(1024) # 此处会阻塞

print('Linux公社收到{}发来的信息,内容是：{}'.format(addr,msg.decode('utf-8')))

mes_to_server = input('>>>').encode('utf-8')#发送的数据必须是byte类型

sk.sendto(mes_to_server,8090)

while True:

mes_to_server = input('>>>').encode('utf-8')#发送的数据必须是byte类型

sk.sendto(mes_to_server,addr = sk.recvfrom(1024)

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

sk.close()

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使用socket进行UDP协议下通信时，可以多个客户端与服务器通信，也就是说，上面客户端代码你可以另开一个进程与服务器通信，且不需要关闭当前客户端，这是TCP协议与UDP协议下socket通信的一个不同之处。

5、总结

本篇初步总结了Python网络编程中socket模块的使用，事实上只是大致总结了基本函数的用法

（编辑：李大同）

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