使用Python代码实现Socket通信原理-CFANZ编程社区

前言

socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。【套接字，是一个对 TCP / IP协议进行封装的编程调用接口（API）】

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。 socket就是该模式的一个实现，socket是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（打开、读/写IO、关闭）。

socket和file的区别：

文件是都是在同一台计算机上，两个进程之间传输数据。

那网络通信呢又要说到tcp/ip协议和udp协议，socket里面已经封装好了upd和tcp/ip协议，直接使用就可以了。

简述tcp/ip协议：

简单说下tcp/ip协议是干嘛的，网络刚出来的时候，一片混乱，那要传输数据就得大家都遵守一个规则，大家都按照这个，然后就出现了tcp/ip协议。也许你听过3次握手，4次断开，说的就是tcp/ip连接的一个过程。加入a计算机要和b计算机通信，过程是这样的：

a：在吗，我可以连你吗
b：在，你连吧
a：好的，我要给你发数据了

#这就是3次握手，这就建立好通道了，两台计算机就可以进行通行了。

那么4次断开是什么呢

a：我要和你断开了
b：好的，你断开吧
b：关闭通道
a：关闭通道

为什么关闭2次呢，因为两端要互相传数据，挖了两条路，一条路用来b给a传数据，另外一条是a给b传数据【TCP属于全双工通信】；所以是2次关闭，各自关闭各自的通道。这两条路呢，就有个名字叫全双工，就是两边都可以互相发送数据；如果只有一端可以发送数据，那就叫单工。

而udp协议就比较简单了，没有那么复杂的断开和连接，不需要3次握手，不需要确定客户端、服务端是否能收到，tcp/ip是必须建立好连接之后，才能发数据；而udp是无连接的，知道ip和端口号直接就是发，它比tcp/ip快，但是不安全。

upd就像写信一样，有可能在路上就没有了，对方没有收到。而tcp/ip就像打电话一样，必须得接通才能说话。

python代码实现Socket通信原理

UDP协议实现

下面是udp server端的代码：

import socket
 
'''
使用UDP协议时，不需要建立连接，只需要知道对方的IP地址和端口号，就可以直接发数据包。但是，能不能到达就不知道了。
 
虽然用UDP传输数据不可靠，但它的优点是和TCP比，速度快，对于不要求可靠到达的数据，就可以使用UDP协议。
 
我们来看看如何通过UDP协议传输数据。和TCP类似，使用UDP的通信双方也分为客户端和服务器。服务器首先需要绑定端口
绑定端口和TCP一样，但是不需要调用listen()方法，而是直接接收来自任何客户端的数据
'''
# ipv4        SOCK_DGRAM指定了这个Socket的类型是UDP
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定 客户端口和地址:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))#绑定9999端口号
print('开始聊天了')
while True:
# 接收数据 自动阻塞 等待客户端请求:
data, addr = s.recvfrom(1024) #接收客户端发过来的数据和ip地址
data = data.decode()
print('客户端的ip信息',addr)
print('发过来的数据 %s'%data)
msg = input('你的回复：') #这个是咱们返回的数据
s.sendto(msg.encode(), addr)#把数据发送给客户端
# recvfrom()方法返回数据和客户端的地址与端口，这样，服务器收到数据后，直接调用sendto()就可以把数据用UDP发给客户端。

下面是client端的代码：

import socket
'''
客户端使用UDP时，首先仍然创建基于UDP的Socket，然后不需要连接，直接通过sendto()给服务器发数据：
'''
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
data = input('data:')
s.sendto(data.encode(), ('127.0.0.1', 9999))#
# 发送数据:
recv = s.recv(1024) #返回的数据
print(recv.decode())
# 接收数据:
s.close()

先运行server端的代码再运行client的向server端发送数据，server端再返回数据，以上就是通过UDP协议原理做了一个简单的聊天的小程序。

TCP协议实现

下面是tcp/ip协议的代码，server端代码：

import socket

# SOCK_STREAM指定了这个socket的类型是TCP
sock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #建立一个tcp/ip scoket
sock.bind(('127.0.0.1',9999)) #绑定端口号
sock.listen(128)#监听,同时能连多少个客户端
while True:
print('开始等待下一个客户端过来。。。')
client,addr = sock.accept() #接收到客户端的socket，和地址
print('接收到 client数据',addr)
while True:
#
data = client.recv(1024)#获取到客户端的数据
data = data.decode()
if not data or data=='bye':
#如果没有发送过来数据就代表客户端close了，或者发过来bye代表连接要断开
print('服务结束',addr)
client.close()#断开连接，为下一个服务
break
else:#如果他还在发送的话
print('发过来的', data)
msg = input('回复：')
client.send(msg.encode())  # 数据
sock.close()

下面是客户端连接服务端的代码：

import socket
 
s = socket.socket()
s.connect(('127.0.0.1',9999))  #连接服务端【由于基于TCP协议的socket，所以需要连接服务器】
while True:#
data = input('data:')
s.send(data.encode())#发送数据
recv = s.recv(1024).decode()
print(recv)
if data=='close':
break
s.close()

大家可能会想，学这个有啥用呢，其实这些web框架底层就是这么实现的，比如说django、flask这些，会了socket，我们也可以自己开发一个web框架。当然现在只能一次给一个客户端服务，用了多线程或者多进程就可以为多个客户端来服务了。

多个客户端连接服务端实现

下面用多线程，每次有客户端连过来就启动一个线程来服务，这样就可以为多个客户端服务了，用threading模块启动一个线程，来一个请求就启动一个线程为他服务，代码如下：

import socket,threading
 
class SocketServer:
def __init__(self):
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 建立一个tcp/ip scoket
sock.bind(('127.0.0.1', 9999))  # 绑定端口号
sock.listen(128)  # 监听
self.sock = sock
def start_server(self):
while True:
print('开始等待个客户端过来')
client,addr = self.sock.accept()
print('客户【%s】过来了',addr)
t = threading.Thread(target=self.client_recv,args=(client,addr))
t.start()
 
def client_recv(self,client,addr):
while True:
data = client.recv(1024)  # 获取到客户端的数据
data = data.decode()
if not data or data == 'bye':
# 如果没有发送过来数据就代表客户端close了，或者发过来bye代表连接要断开
print('服务结束', addr)
client.close()  # 断开连接，为下一个服务
break
else:  # 如果他还在发送的话
print('发过来的', data)
msg = '统一回复，人不在'
client.send(msg.encode())  # 数据
 
if __name__ == '__main__':
    
t = SocketServer()
t.start_server()

去期待陌生，去拥抱惊喜。