socket编程（主要针对TCP）

本文主要摘自以下两个地址：

https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/001432004374523e495f640612f4b08975398796939ec3c000

https://www.cnblogs.com/wumingxiaoyao/p/7047658.html

此文主要是记录一下第一次学习socket编程的知识和一个小例子。

socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个socket表示 ‘打开了一个网络连接’，而打开一个socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，在指定协议类型即可。

分两部分来说，客户端和服务器。

创建TCP连接时，主动发起连接的叫客户端，被动响应连接的叫服务器。

下面先说客户端

#导入socket库
import socket

if __name__ == "__main__":
    #创建一个socket
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    #建立连接
    s.connect(('www.sina.com', 80))

创建socket时，AF_INET指定使用IPv4协议，要使用IPv6，则指定为AF_INET6

SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议，这样，一个Socket对象就创建成功。

客户端要主动发起TCP连接，必须知道服务器的IP地址和端口号。

作为服务器，提供什么样的服务，端口号就必须固定下来。由于我们想要 访问网页， 因此新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口，因为 80端口是Web服务的标准端口。其他服务都有对应的标准端口号，例如SMTP服务是25端口，FTP服务是21端口，等等。端口号小于1024的是Internet标准服务的端口，端口号大于1024的，可以任意使用。

建立TCP连接后，就可以向服务器发送请求，要求返回首页的内容

#发送数据
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

TCP连接创建的是双向通道，双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发，怎么协调，要根据具体的协议来决定。例如，HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器，服务器收到后才发数据给客户端。

发送的文本格式必须符合HTTP标准，如果格式没问题，接下来就可以接收新浪服务器返回的数据了：

    #接收数据
    buffer = []
    while True:
        #每次最多接收1k字节
        d = s.recv(1024)
        if d:
            buffer.append(d)
        else:
            break
    data = b''.join(buffer)

接收数据时，调用recv(max)方法，一次最多接收指定的字节数。

接收完数据后，调用close()方法关闭socket，这样一次完整的网络通信就结束了。

# 关闭连接:
s.close()

接收到的数据包括HTTP头和网页本身，我们需要把HTTP头和网页分离一下，把网页内容保存到文件

    header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
    print(header.decode('utf-8'))
    #把接收的数据写入文件
    with open('sina.html', 'wb') as f:
        f.write(html)

现在来说服务器：

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接，如果某个客户端连接过来了，服务器就与该客户端建立Socket连接，随后的通信就靠这个Socket连接了。

所以，服务器会打开固定端口（比如80）监听，每来一个客户端连接，就创建该socket连接。

由于服务器会有大量来自客户端的连接，所以，服务器要能够区分一个Socket连接是和哪个客户端绑定的。一个Socket依赖4项：服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个Socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端的请求，所以，每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理，否则，服务器一次就只能服务一个客户端了。

首先创建一个基于IPv4和TCP协议的socket。

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

然后绑定监听的地址和端口，服务器可能有多块网卡，在此处我们使用'127.0.0.1' 即本机地址。此时客户端必须与服务器在同一设备上运行。

端口号需要预先指定，因为这里不是标准服务，所以用9999这个端口号。小于1024的端口号必须有管理员权限才能绑定。

# 监听端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

之后调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量：

s.listen(5)
print('Waiting for connection...')

接下来，服务器程序通过一个永久循环来接受来自客户端的连接，accept()会等待并返回一个客户端的连接:

while True:
# 接受一个新连接:
sock, addr = s.accept()
# 创建新线程来处理TCP连接:
t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
t.start()

每个连接都必须创建新线程（或进程）来处理，否则，单线程在处理连接的过程中，无法接受其他客户端的连接

def tcplink(sock, addr):
print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
sock.send(b'Welcome!')
while True:
data = sock.recv(1024)
time.sleep(1)
if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
break
sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
sock.close()
print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

连接建立后，服务器首先发一条欢迎消息，然后阻塞等待客户端数据，并加上Hello再发送给客户端。如果客户端发送了exit字符串，就直接关闭连接。

整理最后的代码如下

服务器：

import socket
import time, threading

def tcplink(sock, addr):
	print('accept new connection from %s: %s ... ' %addr)
	#发送欢迎信息给客户端
	sock.send(b'Welcome!')
	while True:
		#接收套接字数据，以字符串返回	
		data = sock.recv(1024)
		time.sleep(1)
		if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
			break
		#发送反馈的消息给客户端
		sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
	sock.close()
	print('connection from %s: %s closed.' %addr)

if __name__ == "__main__":
	#创建一个socket
	s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
	#绑定并开始监听
	s.bind(('127.0.0.1', 9999))
	s.listen(5)
	print('waiting for connect ...')
	
	while True:
		#accept 接受tcp连接并返回
		sock, addr = s.accept()
		#开启线程，处理客户端的数据
		t = threading.Thread(target = tcplink, args = (sock, addr))
		t.start()

客户端：

import socket
import time

if __name__ == "__main__":
	#创建一个socket
	s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
	#建立连接
	s.connect(('127.0.0.1', 9999))
	#接收欢迎消息
	print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
	for data in [b'lsy', b'ly', b'zzm']:
		#向服务器发送数据
		s.send(data)
		#接收并打印收到的数据
		print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
	s.send(b'exit')
	s.close()

先执行服务器，在执行客户端，执行结果如下：

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总结一下,socket基本编程思路如下：

TCP服务端：
1.创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口
# socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.bind()
2.开始监听连接 #s.listen()
3.进入循环，不断接受客户端的连接请求 #s.accept()
4.然后接收传来的数据，并发送给对方数据 #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，连接远端地址
# socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.connect()
2.连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 #s.close()

最后记录一下socket类型和socket相关函数。

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)

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

socket编程（主要针对TCP）

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