python基础之Socket套接字详解

前言

Python语言提供了Socket套接字来实现网络通信。

Python的应用程序通常通过Socket"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

服务器和客户端的源代码

服务器端

#coding=utf-8
#创建TCP服务器
import socket
import time
from time import ctime

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE=1024
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind((HOST, PORT))
sock.listen(5)
addr=(HOST,PORT)
while True:
    print('waiting for connection...')
    sock,addr =sock.accept()
    print('...connected from:',addr)
    while True:
        data =sock.recv(BUFSIZE).decode()
        print('date=',data)
        if not data:
            break
        sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())
sock.close()

客户端

#coding=utf-8
#创建TCP客户端

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE = 1024
ADDR=(HOST,PORT)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((HOST, PORT)) 

while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    sock.send(data.encode())
    data = sock.recv(BUFSIZE).decode()
    if not data:
        break
    print(data)

sock.close()

执行结果显示：

首先执行服务器端，结果如图1：

紧接着执行客户端，如图2

需要注意的是：服务器端和客户端需要在两个IDLE Shell中打开，否则客户机一启动，服务器程序就会中止执行，而客户端又连不上服务器，从而报错，如图3

我们在图2中输入一些需要传输的信息，然后回车，在服务端可以看到收到了相关信息，如图4（客户端发送信息），图5（服务器端接收信息）

源代码解析

我们从服务器端开始看起，先上一部分代码：

import socket
import time
from time import ctime

这三句是导入了三个模块，分别是socket 模块、time模块和ctime模块。

1）socket 模块当中提供了与socket 套接字相关的各项功能，后面用到了很多，这里先介绍一个，其他一会再介绍：
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

功能：创建套接字，并把创建好的套接字赋给一个变量sock,下面程序中与套接字相关的操作都由sock来完成。

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

参数：

family: 套接字家族，可以使 AF_UNIX 或者 AF_INET。AF_INET,是指面向网络的,因特网;AF_UNIX,基于文件的;在本例中，我们使用AF_INET,利用因特网来进行通信。

type: 套接字类型，可以根据是面向连接的还是非连接分为 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。

SOCK_STREAM：对应着TCP，提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。

SOCK_DGRAM：对应着UDP，提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收。

本例中选TCP协议。

protocol: 一般不填默认为 0。

2）time模块，完成python中与时间相关的计算，例如time.sleep(5)延时5秒，time time() 返回当前时间的时间戳等等。
下面的ctime也是其中一个功能，函数把一个时间戳（按秒计算的浮点数）转化为time.asctime()的形式，可以便于我们观察。转换以后的格式如下：

print “time.ctime() : %s” % time.ctime()

结果：time.ctime() : Tue Feb 17 10:00:18 2013

在我们的例子中，图4的圈2所表示的就是转换后的时间。

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE=1024
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind((HOST, PORT))
sock.listen(5)
addr=(HOST,PORT)

看完头部之后，我们来看第二部分。

前三句定义了三个变量：HOST、PORT、BUFSIZE，这三个变量分别是服务器的IP地址，服务器的端口，接收的最大数据量。

第四句sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 定义了socket 套接字。

第五句sock.bind((HOST, PORT))，将IP地址和端口绑定给定义的套接字sock。

第六句sock.listen(5)，开始 TCP 监听。中间的5表示在拒绝连接之前，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。

第七句addr=(HOST,PORT)，定义了一个变量addr,并且将地址以元组的形式赋值给addr。

while True:
    print('waiting for connection...')
    sock,addr =sock.accept()
    print('...connected from:',addr)
    while True:
        data =sock.recv(BUFSIZE).decode()
        print('date=',data)
        if not data:
            break
        sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())
        sock.close()
sock.close()

这是服务器代码的最后一部分，也是通信的主体，首先进入一个while True:的永真循环，进入之后执行print(‘waiting for connection…')，这就是图1上蓝色字所表示的一部分。

第三行执行sock,addr =sock.accept()，sock.accept()是被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来，当客户机启动提交请求后，服务器接受请求，并将客户端的IP地址等信息存入变量addr中。

第四行执行print('…connected from:',addr)，所以输入字符串…connected from:以及客户端传来的IP地址和端口。

以上服务器和客户端的通信就连接起来了。

下面开始传送数据，又进入一个永真循环，代码：

  while True:
        data =sock.recv(BUFSIZE).decode()
        print('date=',data)
        if not data:
            break
        sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())
        sock.close()

第二行：data =sock.recv(BUFSIZE).decode()。

sock.recv（）表示接收 TCP 数据，数据以字符串形式返回，BUFSIZE指定要接收的最大数据量。

decode() 将其他编码的字符串解码成unicode格式。

这里要说明一下,上图:

字符串在python内部是用unicode编码来表示，而在硬盘是utf-8格式。所以在存储和使用时要进行格式转换,转换的方式:

decode 将其他编码的字符串(例如utf-8)解码成unicode格式。

encode 将unicode编码成另一种编码格式(例如utf-8)。

当然decode和encode 不止可以转换utf-8类型,转换的类型可以通过 encoding 来指定,不过我们常用的就是这个。

总结一下,data =sock.recv(BUFSIZE).decode()执行结束就表示把客户端的数据接收过来存放到了data这个变量中。

下面进行第三行print(‘date=',data),打印数据,结果就是图5中的圈3所表示的。

第四行及第五行: 如果没有接收到数据,则跳出循环,继续监听。

if not data:
break

第六行 sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode()),向客户端发送转换格式(encode)后的数据。

数据包括两部分,第一部分是ctime(),表示以字符串形式表示的时间,data表示变量中存的信息.前面还有一部分'[%s] %s'中的%s格式化字符串,形成需要的输出格式。

最后一句sock.close(),关闭套接字。

这样服务器端就完成了。我们再来看客户端。

import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8080
BUFSIZE = 1024
ADDR=(HOST,PORT)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((HOST, PORT))

这部只解释几句，HOST = ‘127.0.0.1' ，PORT = 8080，这两句是服务器端的IP地址和端口号。

sock.connect((HOST, PORT)) 这一句是利用创建好的socket套接字主动初始化TCP服务器连接，就是向服务器提出申请，服务器端用sock.accept()接受请求。

这一句执行完之后，通信就建立起来了，在服务器端会执行print('…connected from:',addr)，结果如图5圈2所示。

while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    sock.send(data.encode())
    data = sock.recv(BUFSIZE).decode()
    if not data:
        break
    print(data)
sock.close()

接下来进入永真循环，先是input函数，输出> 后等待输入，如图2所示。例如输入hi，server,如图4的圈1，然后后两句是

if not data:
break

如果没有输入，则跳出循环。

第五行sock.send(data.encode())，将输入的数据转换格式后将数据发送给服务器端，这时把hi，server发送给服务器端，服务器用data =sock.recv(BUFSIZE).decode()来接收，同时用print(‘date=',data)打印出来，结果如5的圈3所示。

这时，服务器会继续执行sock.send(('[%s] %s' %(ctime(),data)).encode())，把当前的时间和数据发送给客户端。

而在客户端，执行data = sock.recv(BUFSIZ).decode()，所以客户端会接收到相应的数据，并且打印出来，结果如图4的圈2所示。

以上就是Socket套接字的TCP通信。

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