网络编程 udp，socket

socket概念

socket层

理解socket

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。

其实站在你的角度上看，socket就是一个模块。我们通过调用模块中已经实现的方法建立两个进程之间的连接和通信。
也有人将socket说成ip+port，因为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。
所以我们只要确立了ip和port就能找到一个应用程序，并且使用socket模块来与之通信。

3.套接字（socket）的发展史

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

套接字家族的名字：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

套接字家族的名字：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，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

4.tcp协议和udp协议

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；电子邮件、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，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)。

我知道说这些你们也不懂，直接上图。

四.套接字（socket）初使用

基于TCP协议的socket

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

server端                              

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址绑定到套接字
sk.listen()          #监听链接
conn,addr = sk.accept() #接受客户端链接
ret = conn.recv(1024)  #接收客户端信息
print(ret)       #打印客户端信息
conn.send(b'hi')        #向客户端发送信息
conn.close()       #关闭客户端套接字
sk.close()        #关闭服务器套接字(可选)

client端                              

import socket
sk = socket.socket()           # 创建客户套接字
sk.connect(('127.0.0.1',8898))    # 尝试连接服务器
sk.send(b'hello!')
ret = sk.recv(1024)         # 对话(发送/接收)
print(ret)
sk.close()            # 关闭客户套接字

问题：有的同学在重启服务端时可能会遇到   

解决方法：

#加入一条socket配置，重用ip和端口
import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址绑定到套接字
sk.listen()          #监听链接
conn,addr = sk.accept() #接受客户端链接
ret = conn.recv(1024)   #接收客户端信息
print(ret)              #打印客户端信息
conn.send(b'hi')        #向客户端发送信息
conn.close()       #关闭客户端套接字
sk.close()        #关闭服务器套接字(可选)

基于UDP协议的socket

udp是无链接的，启动服务之后可以直接接受消息，不需要提前建立链接

简单使用                                                                                             

server端                              

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                              

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)

 qq聊天

server

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
udp_server_sock.bind(ip_port)

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
    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)

server

client

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    '金老板':('127.0.0.1',8081),
    '哪吒':('127.0.0.1',8081),
    'egg':('127.0.0.1',8081),
    'yuan':('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])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        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()

client

时间服务器

server

# _*_coding:utf-8_*_
from socket import *
from time import strftime

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)

    if not msg:
        time_fmt = '%Y-%m-%d %X'
    else:
        time_fmt = msg.decode('utf-8')
    back_msg = strftime(time_fmt)

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

tcp_server.close()

server

client

#_*_coding:utf-8_*_
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)

client

socket参数的详解

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

创建socket对象的参数说明：

信息交互tcp （上面代码时服务器，下面代码时客户端）

一个服务器和多个客户端进行连接

import socket

sk = socket.socket()  # 创建tcp socket 的套接字
sk.bind(('127.68.66.12', 8086))  # 开启服务
sk.listen(10)  # 监听
while 1:  # 多加了个死循环，使服务器一直运行
    conn, addr = sk.accept()  # 等待连接 conn：文件句柄  addr：地址 没有客户的地址，不能主动发送连接
    while 1:
        msg_s = input('>>>')
        conn.send(msg_s.encode('utf-8'))  # 发送信息
        if msg_s == 'q':
            break
        msg_r = conn.recv(1024).decode('utf-8')  # 接收信息
        if msg_r == 'q':
            break
        print(msg_r)
    conn.close()
sk.close()

import socket

sk = socket.socket()  # # 创建套接字
sk.connect(('127.68.66.12', 8086))  # 开启服务
while 1:
    msg_r = sk.recv(1024).decode('utf-8')
    if msg_r == 'q':
        break
    print(msg_r)
    msg_s = input('>>>')
    sk.send(msg_s.encode('utf-8'))
    if msg_s == 'q':
        break
sk.close()

信息交互udp （上面代码时服务器，下面代码时客户端）

import socket

sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8090))
msg_r=sk.recvfrom(1024)
print(msg_r)  # (b'holle', ('127.0.0.1', 63972))
sk.close()

import socket

sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
while 1:
    msg_s=input('>>>').encode('utf-8')
    sk.sendto(msg_s,('127.0.0.1',8090))  # 给谁发一个消息
    msg_r,addr=sk.recvfrom(1024)
    print(msg_r.decode('utf-8'))
sk.close()

 

import socket

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

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

msg_r,client_addr = sk.recvfrom(1024)# 接收来自哪里的消息
print(msg_r)
msg_s = input('>>>').encode('utf-8')
sk.sendto(msg_s,client_addr)
sk.close()

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.sendto(b'holle', ('127.0.0.1', 8090))  # 给谁发一个消息
msg_r, addr = sk.recvfrom(1024)
print(msg_r.decode('utf-8'))
sk.close()

加上格式化输出

import socket

sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',8080))
while 1:
    msg_r,addr=sk.recvfrom(1024)
    print('接收到了来自%s的一条消息:%s' % (addr,msg_r.decode('utf-8')))
    msg_s=input('>>>').encode('utf=8')
    sk.sendto(msg_s,addr)
sk.close()


import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
while 1:
    msg_s = input('>>>')
    if msg_s == 'q':
        break
    sk.sendto(msg_s.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
    msg_r, addr = sk.recvfrom(1024)  # 发给谁一个消息
    if msg_r.decode('utf-8') == 'q':
        break
    print(msg_r.decode('utf-8'))
sk.close()

格式化带颜色输出

import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # 创建套接字
sk.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 开启服务
ls = {'alex': '\033[1;31;40m', '光头': '\033[1;30;43m'}  # 代码行不通的时候，要先看代码是否写错
while 1:
    msg_r, addr = sk.recvfrom(1024)  # 等待连接  # 接收来自哪里的消息
    msg_r = msg_r.decode('utf-8')
    name = msg_r.split(':')[0]  # 获取信息中包含的名字
    color = ls.get(name, '')  # 找字典里的值，找不到返回空，获取名字在字典中对应的颜色
    print('%s %s \033[0m' % (color, msg_r))
    msg_s = input('>>>').encode('utf=8')
    sk.sendto(msg_s, addr)
sk.close()

加署名的逻辑
import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
name = input('请输入你的名字>>>')  # 每运行起来一个客户端，就要输入一次名字
while 1:
    msg_s = input('>>>')
    if msg_s == 'q':
        break
    sk.sendto((name + ':' + msg_s).encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
    msg_r, addr = sk.recvfrom(1024)
    if msg_r == 'q':
        break
    print(msg_r.encode('utf-8'))
sk.close

时间服务器
时间同步

import socket
import time

sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # 套接字（和实例化很像）
sk.bind(('127.0.0.1',8080))  # 开启服务
while 1:
    tm_format,addr=sk.recvfrom(1024)  #接收客户端想要的时间格式
    time_now=time.strftime(tm_format.decode('utf-8'))  # 根据时间格式获取当前时间
    print(time_now)
    sk.sendto(time_now.encode('utf-8'),addr)#把时间返回去
sk.close()

import socket
import time

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # 套接字
print('''
%Y 年
%m 月
%d 日
%H 时
%M 分
%S 秒

''')
tm_format = input('请输入一个格式：')
while 1:
    sk.sendto(tm_format.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
    tm_now, addr = sk.recvfrom(1024)
    print(tm_now.decode('utf-8'))
    time.sleep(3)
sk.close()

test

  1、tcp协议和udp协议的不同

  2、tcp协议和udp协议的编码流程

  3、完善一下qq聊天：
       1、加入名称
       2、加入颜色 ：不要写死，每来一个客户端就要随机给一个颜色；
                    每个客户端的颜色不能出现重复的现象

  4、尝试写一个文件上传下载的功能
      上传/下载：client给server传一个文件，保证server获取到的文件名字一致
           文件内容一致
         md5校验文件内容是否一致

     上传的时候，需要用户手动输入路径+文件名

 

总结：
1.tcp不能在同一时间点和多个客户端连接通信
2.udp可以做到
3.tcp协议编码的流程

 

     server                client
    创建套接字               创建套接字
    绑定服务(ip+port)
    监听
    等待连接（三次握手）     连接服务器
    通信(recv/send)          通信
    关闭客户端的套接字       关闭套接字
    关闭服务端的套接字

4.udp协议编码的流程

 

 server                client
    创建套接字               创建套接字
    绑定服务(ip+port)
    通信(recvfrom/sendto)     通信
    关闭套接字                关闭套接字

5.tcp协议编码中，服务器是可以先和客户端通信的
  udp协议编码中，服务器必须先接受客户端的信息，才能知道客户端的地址

 

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