【Python】socket编程

套接字介绍

对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧？随着网络技术的发展，这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问：

1.         什么是TCP/IP、UDP？
2.         Socket在哪里呢？
3.         Socket是什么呢？
4.         你会使用它们吗？

什么是TCP/IP、UDP？

         TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
         UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
        这里有一张图，表明了这些协议的关系。

                                                                                

                                                                        图1

       TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。
Socket在哪里呢？
       在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

图2

       原来Socket在这里。
Socket是什么呢？
       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。
你会使用它们吗？
       前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
       一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。    生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

      

图3

       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。

Python的套接字模块

Python 提供了两个基本的 socket 模块。

   第一个是 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API。

   第二个是 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

下面讲的是Socket模块功能

1、Socket 类型

套接字格式：

socket(family,type[,protocal]) 使用给定的地址族、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

只能够用于单一的Unix系统进程间通信

socket.AF_INET

服务器之间网络通信

socket.AF_INET6

IPv6

socket.SOCK_STREAM

流式socket , for TCP

socket.SOCK_DGRAM

数据报式socket , for UDP

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：

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

创建UDP Socket：

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

2、Socket 函数

注意点:

1）TCP发送数据时，已建立好TCP连接，所以不需要指定地址。UDP是面向无连接的，每次发送要指定是发给谁。

2）服务端与客户端不能直接发送列表，元组，字典。需要字符串化repr(data)。

socket函数

描述

服务端socket函数

s.bind(address)

将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址.

s.listen(backlog)

开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，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。

s.accept()

接受TCP连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

客户端socket函数

s.connect(address)

连接到address处的套接字。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。

s.connect_ex(adddress)

功能与connect(address)相同，但是成功返回0，失败返回errno的值。

公共socket函数

s.recv(bufsize[,flag])

接受TCP套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。

s.send(string[,flag])

发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。

s.sendall(string[,flag])

完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。

s.recvfrom(bufsize[.flag])

接受UDP套接字的数据。与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。

s.sendto(string[,flag],address)

发送UDP数据。将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。

s.close()

关闭套接字。

s.getpeername()

返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

s.getsockname()

返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

s.setsockopt(level,optname,value)

设置给定套接字选项的值。

s.getsockopt(level,optname[.buflen])

返回套接字选项的值。

s.settimeout(timeout)

设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）

s.gettimeout()

返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。

s.fileno()

返回套接字的文件描述符。

s.setblocking(flag)

如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。

s.makefile()

创建一个与该套接字相关连的文件

Python的套接字实现

我们的套接字编程分为服务器和客户端两部分。

服务器端;

1. 建立socket， s = socket.socket()

2.绑定端口， s.bind( (host, port) )

3.监听端口， s.listen()

4.进入循环，不断接受客户端请求， s.accept()

5.建立连接，接收传来的数据，发送数据  s.recv(), s.sendall()

'''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。这事如果有客户端初始化一个socket，且尝试连接服务器（connect），如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端端发送数据请求，服务器端接收并处理请求，然后把回应数据发给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，交互结束'''import socketimport subprocess  #执行系统命令模块HOST = '127.0.0.1'PORT = 50007s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)#服务器之间网络通信，流式socket（TCP）s.bind((HOST, PORT))s.listen(1)while 1:    conn, addr = s.accept()  #接受TCP连接，并返回新的套接字与ip地址    print("connected by", addr)    while 1:        data = conn.recv(1024)        #接受套接字的数据，数据以字符串刑事返回，1024指要接受的最大数据量        proc_status,proc_result = subprocess.getstatusoutput(data)        #返回两个结果，第一个是状态，成功则为0，第二个是执行成功或失败的输出信息        if len(proc_result.strip()) == 0:        <span style="white-space:pre"></span>#如果输出结果长度为0，则告诉客户端完成。        #此用法针对于创建文件或目录，创建成功不会有输出信息            conn.sendall('Done')            #完整发送TCP数据，将string中的数据发送到连接的套接字            #但在返回之前会尝试发送所有数据，成功则返回None，失败则抛出异常        else:            conn.sendall(proc_resut)conn.close()

>>> help(subprocess.getstatusoutput)
Help on function getstatusoutput in module subprocess:


getstatusoutput(cmd)
    Return (status, output) of executing cmd in a shell.
    
    Execute the string 'cmd' in a shell with os.popen() and return a 2-tuple
    (status, output).  cmd is actually run as '{ cmd ; } 2>&1', so that the
    returned output will contain output or error messages.  A trailing newline
    is stripped from the output.  The exit status for the command can be
    interpreted according to the rules for the C function wait().  Example:
    
    >>> import subprocess
    >>> subprocess.getstatusoutput('ls /bin/ls')
    (0, '/bin/ls')
    >>> subprocess.getstatusoutput('cat /bin/junk')
    (256, 'cat: /bin/junk: No such file or directory')
    >>> subprocess.getstatusoutput('/bin/junk')
    (256, 'sh: /bin/junk: not found')
subprocess.getstatusoutput(command)
使用os. getstatusoutput ()函数执行command命令并返回一个元组(status,output)，
分别表示command命令执行的返回状态和执行结果。对command的执行实际上是按照{command;}
2>&1的方式，所以output中包含控制台输出信息或者错误信息。output中不包含尾部的换行符。

客户端：

1. 建立socket并绑定端口， s = socket.socket(), s.bind()

2. 连接后发送和接收数据  s.sendall(), s.recv()

3.传输完毕，关闭套接字  s.close()

import socketHOST = '127.0.0.1'PORT = 50007s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)s.connect((HOST, PORT))while 1:    cmd = input("Please input command: ")    s.sendall(cmd)    data = s.recv()    print(data)s.close()