Python学习之socket网络编程

http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6129246.html

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。（也有人将socket说成ip+port，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，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识）

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)

套接字工作流程

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。

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

基于TCP的套接字

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

#tcp服务端
ss = socket() #创建服务器套接字
ss.bind()      #把地址绑定到套接字
ss.listen()      #监听链接
inf_loop:      #服务器无限循环
    cs = ss.accept() #接受客户端链接
    comm_loop:         #通讯循环
        cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
    cs.close()    #关闭客户端套接字
ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)
#tcp客户端
cs = socket()    # 创建客户套接字
cs.connect()    # 尝试连接服务器
comm_loop:        # 通讯循环
    cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
cs.close()            # 关闭客户套接字

#socket服务器端      （从客户端接收的信息并发送给客户端）
import socket             #导入socket模块
s = socket.socket()     #创建socket对象
host = socket.gethostname()  #获取本地主机名
port = 1234
s.bind((host, port))          # 绑定端口号
s.listen(5)                         # 设置最大连接数，超过后排队
while True:   #循环连接
    c, addr = s.accept()           #建立客户端连接
    print("连接地址是: %s" % str(addr))
    m=c.recv(1024).decode()    # 接收小于 1024 字节的数据并解码
    c.send(m.encode())
    c.close()
s.close()

#socket客户端
import socket
s = socket.socket()
host = socket.gethostname()
port = 1234
s.connect((host, port))
s.send('hello'.encode())
msg = s.recv(1024)
print(msg.decode())

#服务器端
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
back_log=5
buffer_size=1024
tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

while True:
    print('服务端开始运行了')
    conn,addr=tcp_server.accept() #服务端阻塞
    print('双向链接是',conn)
    print('客户端地址',addr)

    while True:
        # try:
            data=conn.recv(buffer_size)
            print('客户端发来的消息是',data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        # except Exception:
        #     break
    conn.close()

tcp_server.close()
#客户端
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    tcp_client.send(msg.encode('utf-8'))
    print('客户端已经发送消息')
    data=tcp_client.recv(buffer_size)
    print('收到服务端发来的消息',data.decode('utf-8'))

tcp_client.close()

打电话示例：

问题：

有的同学在重启服务端时可能会遇到

这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法）

解决方法：

#加入一条socket配置，重用ip和端口

phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind(('127.0.0.1',8080))

发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接，通过调整linux内核参数解决，
vi /etc/sysctl.conf

编辑文件，加入以下内容：
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 
然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
 
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。

net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间

基于UDP的套接字

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

UDP服务端：
ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
ss.bind()       #绑定服务器套接字
inf_loop:#服务器无限循环
    cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
ss.close()                         # 关闭服务器套接字
UDP客户端：
cs = socket()   # 创建客户套接字
comm_loop:      # 通讯循环
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
cs.close()                      # 关闭客户套接字

服务端：
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

udp_server_client.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(msg,addr)

    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)
客户端：
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue

    udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

服务端：
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
buffer_size=1024
udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #数据报
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    data,addr=udp_server.recvfrom(buffer_size)
    print(data)
    udp_server.sendto(data.upper(),addr)
客户端：
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
buffer_size=1024
udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)  #SOCK_DGRAM数据报式的套接字
while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)
    print(data.decode('utf-8'))

ntp服务端：
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.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()
ntp客户端：
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(data.decode('utf-8'))

tcp_client.close()

举个栗子：

服务器端：
from socket import *
import subprocess
ip_port=('127.0.0.1',8080)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

while True:
    conn,addr=tcp_server.accept()
    print('新的客户端链接',addr)
    while True:
        #收
        try:
            cmd=conn.recv(buffer_size)
            if not cmd:break
            print('收到客户端的命令',cmd)

            #执行命令，得到命令的运行结果cmd_res
            res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
                                 stderr=subprocess.PIPE,
                                 stdout=subprocess.PIPE,
                                 stdin=subprocess.PIPE)
            err=res.stderr.read()
            if err:
                cmd_res=err
            else:
                cmd_res=res.stdout.read()

            #发
            if not cmd_res:
                cmd_res='执行成功'.encode('gbk')
            conn.send(cmd_res)
        except Exception as e:
            print(e)
            break
客户端：
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
back_log=5
buffer_size=1024
tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)
while True:
    cmd=input('>>: ').strip()
    if not cmd:continue
    if cmd == 'quit':break
    tcp_client.send(cmd.encode('utf-8'))
    cmd_res=tcp_client.recv(buffer_size)
    print('命令的执行结果是 ',cmd_res.decode('gbk'))
tcp_client.close()

结果如下：