Python Socket 编程介绍

Posted by Movesan on March 10, 2017 -  Views

Socket原理

套接字(socket)概念

套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

建立socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。

  • 服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。

  • 客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。

  • 连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。


Http、TCP/IP协议与Socket之间的区别

Socket连接与TCP/IP连接

创建Socket连接时,可以指定使用的传输层协议,Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时,该Socket连接就是一个TCP连接。

socket则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。也可以说,TPC/IP协议是传输层协议,主要解决数据 如何在网络中传输,而HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据。关于TCP/IP和HTTP协议的关系,网络有一段比较容易理解的介绍:

“我们在传输数据时,可以只使用(传输层)TCP/IP协议,但是那样的话,如 果没有应用层,便无法识别数据内容,如果想要使传输的数据有意义,则必须使用到应用层协议,应用层协议有很多, 比如HTTP、FTP、TELNET等,也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议,以封装HTTP文本信息,然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

我们平时说的最多的socket是什么呢,实际上socket是对TCP/IP协议的封装,Socket本身并不是协议,而是一个调用接口(API),通过Socket,我们才能使用TCP/IP协议。 实际上,Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候,就希望也能适应其他的网络协议。所以说,Socket的出现 只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已,是对TCP/IP协议的抽象,从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口,比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解:

“TCP/IP只是一个协议栈,就像操作系统的运行机制一样,必须要具体实现,同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口,比如win32编程接口一样,TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口,这就是Socket编程接口。”

实际上,传输层的TCP是基于网络层的IP协议的,而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的,而Socket本身不算是协议,就像上面所说,它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些。

Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,直到双方连接断开。但在实际网络应用中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立连接,而且需要客户端向服务器发出请求后,服务器端才能回复数据。

很多情况下,需要服务器端主动向客户端推送数据,保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接,服务器就可以直接将数据传送给客户端;若双方建立的是HTTP连接,则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端,因此,客户端定时向服务器端发送连接请求,不仅可以保持在线,同时也是在“询问”服务器是否有新的数据,如果有就将数据传给客户端。

http协议是应用层的协义有个比较形象的描述:

HTTP是轿车,提供了封装或者显示数据的具体形式;Socket是发动机,提供了网络通信的能力。

两个计算机之间的交流无非是两个端口之间的数据通信,具体的数据会以什么样的形式展现,是以不同的应用层协议来定义的,如HTTP、FTP…


Python Socket 编程

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。

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

socket 类型 描述
socket.AF_UNIX 用于同一台机器上的进程通信(既本机通信)
socket.AF_INET 用于服务器与服务器之间的网络通信
socket.AF_INET6 基于IPV6方式的服务器与服务器之间的网络通信
socket.SOCK_STREAM 基于TCP的流式socket通信
socket.SOCK_DGRAM 基于UDP的数据报式socket通信
socket.SOCK_RAW 原始套接字,普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文,而SOCK_RAW可以;其次SOCK_RAW也可以处理特殊的IPV4报文;此外,利用原始套接字,可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头
socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

创建TCP Socket:

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

创建UDP Socket:

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

Socket 编程步骤

TCP 服务端

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()

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


Socket 编程实例

Socket 编程实践之服务器端代码

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()

Socket 编程实践之客户端代码

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()

引用链接

http、TCP/IP协议与socket之间的区别
Python Socket 编程详细介绍


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