Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号再指定协议类型即可。
客户端
大多数连接都是可靠的TCP连接。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。
举个例子当我们在浏览器中访问新浪时我们自己的计算机就是客户端浏览器会主动向新浪的服务器发起连接。如果一切顺利新浪的服务器接受了我们的连接一个TCP连接就建立起来的后面的通信就是发送网页内容了。
所以我们要创建一个基于TCP连接的Socket可以这样做
# 导入socket库:import socket# 创建一个socket:s socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 建立连接:s.connect((www.sina.com.cn, 80))
创建Socket时AF_INET指定使用IPv4协议如果要用更先进的IPv6就指定为AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议这样一个Socket对象就创建成功但是还没有建立连接。
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。新浪网站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn自动转换到IP地址但是怎么知道新浪服务器的端口号呢
答案是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。
因此我们连接新浪服务器的代码如下
s.connect((www.sina.com.cn, 80))
注意参数是一个tuple包含地址和端口号。
建立TCP连接后我们就可以向新浪服务器发送请求要求返回首页的内容
# 发送数据:s.send(bGET / 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:breakdata 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因此在一个while循环中反复接收直到recv()返回空数据表示接收完毕退出循环。
当我们接收完数据后调用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头和网页本身我们只需要把HTTP头和网页分离一下把HTTP头打印出来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)
现在只需要在浏览器中打开这个sina.html文件就可以看到新浪的首页了。
服务器
和客户端编程相比服务器编程就要复杂一些。
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。
我们来编写一个简单的服务器程序它接收客户端连接把客户端发过来的字符串加上Hello再发回去。
首先创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket
s socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
然后我们要绑定监听的地址和端口。服务器可能有多块网卡可以绑定到某一块网卡的IP地址上也可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址还可以用127.0.0.1绑定到本机地址。127.0.0.1是一个特殊的IP地址表示本机地址如果绑定到这个地址客户端必须同时在本机运行才能连接也就是说外部的计算机无法连接进来。
端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务所以用9999这个端口号。请注意小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定
# 监听端口:s.bind((127.0.0.1, 9999))
紧接着调用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(targettcplink, 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(bWelcome!)while True:data sock.recv(1024)time.sleep(1)if not data or data.decode(utf-8) exit:breaksock.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。
要测试这个服务器程序我们还需要编写一个客户端程序
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 [bMichael, bTracy, bSarah]:# 发送数据:s.send(data)print(s.recv(1024).decode(utf-8))s.send(bexit)s.close()
我们需要打开两个命令行窗口一个运行服务器程序另一个运行客户端程序就可以看到效果了
┌────────────────────────────────────────────────────────┐│Command Prompt - □ x │├────────────────────────────────────────────────────────┤│$ python echo_server.py ││Waiting for connection... ││Accept new connection from 127.0.0.1:64398... ││Connection from 127.0.0.1:64398 closed. ││ ││ ┌────────────────────────────────────────────────┴───────┐│ │Command Prompt - □ x ││ ├────────────────────────────────────────────────────────┤│ │$ python echo_client.py ││ │Welcome! ││ │Hello, Michael! │└───────┤Hello, Tracy! ││Hello, Sarah! ││$ ││ ││ │└────────────────────────────────────────────────────────┘
需要注意的是客户端程序运行完毕就退出了而服务器程序会永远运行下去必须按CtrlC退出程序。
小结
用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单对于客户端要主动连接服务器的IP和指定端口对于服务器要首先监听指定端口然后对每一个新的连接创建一个线程或进程来处理。通常服务器程序会无限运行下去。
同一个端口被一个Socket绑定了以后就不能被别的Socket绑定了。
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