使用Python代碼實現Socket通信原理

前言

socket通常也稱作"套接字"，用於描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄，應用程序通常通過"套接字"向網絡發出請求或者應答網絡請求。【套接字，是一個對 TCP / IP協議進行封裝 的編程調用接口（API）】

socket起源於Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，對於文件用【打開】【讀寫】【關閉】模式來操作。 socket就是該模式的一個實現，socket是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（打開、讀/寫IO、關閉）。

socket和file的區別：

文件是都是在同一台計算機上，兩個進程之間傳輸數據。

那網絡通信呢又要說到tcp/ip協議和udp協議，socket里面已經封裝好了upd和tcp/ip協議，直接使用就可以了。

簡述tcp/ip協議：

簡單說下tcp/ip協議是干嘛的，網絡剛出來的時候，一片混亂，那要傳輸數據就得大家都遵守一個規則，大家都按照這個，然后就出現了tcp/ip協議。也許你聽過3次握手，4次斷開，說的就是tcp/ip連接的一個過程。加入a計算機要和b計算機通信，過程是這樣的：

a：在嗎，我可以連你嗎
b：在，你連吧
a：好的，我要給你發數據了

#這就是3次握手，這就建立好通道了，兩台計算機就可以進行通行了。

那么4次斷開是什么呢

a：我要和你斷開了
b：好的，你斷開吧
b：關閉通道
a：關閉通道

為什么關閉2次呢，因為兩端要互相傳數據，挖了兩條路，一條路用來b給a傳數據，另外一條是a給b傳數據【TCP屬於全雙工通信】；所以是2次關閉，各自關閉各自的通道。這兩條路呢，就有個名字叫全雙工，就是兩邊都可以互相發送數據；如果只有一端可以發送數據，那就叫單工。

而udp協議就比較簡單了，沒有那么復雜的斷開和連接，不需要3次握手，不需要確定客戶端、服務端是否能收到，tcp/ip是必須建立好連接之后，才能發數據；而udp是無連接的，知道ip和端口號直接就是發，它比tcp/ip快，但是不安全。

upd就像寫信一樣，有可能在路上就沒有了，對方沒有收到。而tcp/ip就像打電話一樣，必須得接通才能說話。

python代碼實現Socket通信原理

UDP協議實現

下面是udp server端的代碼：

import socket
 
'''
使用UDP協議時，不需要建立連接，只需要知道對方的IP地址和端口號，就可以直接發數據包。但是，能不能到達就不知道了。
 
雖然用UDP傳輸數據不可靠，但它的優點是和TCP比，速度快，對於不要求可靠到達的數據，就可以使用UDP協議。
 
我們來看看如何通過UDP協議傳輸數據。和TCP類似，使用UDP的通信雙方也分為客戶端和服務器。服務器首先需要綁定端口
綁定端口和TCP一樣，但是不需要調用listen()方法，而是直接接收來自任何客戶端的數據
'''
# ipv4        SOCK_DGRAM指定了這個Socket的類型是UDP
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 綁定 客戶端口和地址:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))#綁定9999端口號
print('開始聊天了')
while True:
# 接收數據 自動阻塞 等待客戶端請求:
data, addr = s.recvfrom(1024) #接收客戶端發過來的數據和ip地址
data = data.decode()
print('客戶端的ip信息',addr)
print('發過來的數據 %s'%data)
msg = input('你的回復：') #這個是咱們返回的數據
s.sendto(msg.encode(), addr)#把數據發送給客戶端
# recvfrom()方法返回數據和客戶端的地址與端口，這樣，服務器收到數據后，直接調用sendto()就可以把數據用UDP發給客戶端。
 

下面是client端的代碼：

import socket
'''
客戶端使用UDP時，首先仍然創建基於UDP的Socket，然后不需要連接，直接通過sendto()給服務器發數據：
'''
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
data = input('data:')
s.sendto(data.encode(), ('127.0.0.1', 9999))#
# 發送數據:
recv = s.recv(1024) #返回的數據
print(recv.decode())
# 接收數據:
s.close()

先運行server端的代碼再運行client的向server端發送數據，server端再返回數據，以上就是通過UDP協議原理做了一個簡單的聊天的小程序。

TCP協議實現

下面是tcp/ip協議的代碼，server端代碼：

import socket

# SOCK_STREAM指定了這個socket的類型是TCP
sock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #建立一個tcp/ip scoket
sock.bind(('127.0.0.1',9999)) #綁定端口號
sock.listen(128)#監聽,同時能連多少個客戶端
while True:
print('開始等待下一個客戶端過來。。。')
client,addr = sock.accept() #接收到客戶端的socket，和地址
print('接收到 client數據',addr)
while True:
#
data = client.recv(1024)#獲取到客戶端的數據
data = data.decode()
if not data or data=='bye':
#如果沒有發送過來數據就代表客戶端close了，或者發過來bye代表連接要斷開
print('服務結束',addr)
client.close()#斷開連接，為下一個服務
break
else:#如果他還在發送的話
print('發過來的', data)
msg = input('回復：')
client.send(msg.encode())  # 數據
sock.close()

下面是客戶端連接服務端的代碼：

import socket
 
s = socket.socket()
s.connect(('127.0.0.1',9999))  #連接服務端【由於基於TCP協議的socket，所以需要連接服務器】
while True:#
data = input('data:')
s.send(data.encode())#發送數據
recv = s.recv(1024).decode()
print(recv)
if data=='close':
break
s.close()

大家可能會想，學這個有啥用呢，其實這些web框架底層就是這么實現的，比如說django、flask這些，會了socket，我們也可以自己開發一個web框架。當然現在只能一次給一個客戶端服務，用了多線程或者多進程就可以為多個客戶端來服務了。

多個客戶端連接服務端實現

下面用多線程，每次有客戶端連過來就啟動一個線程來服務，這樣就可以為多個客戶端服務了，用threading模塊啟動一個線程，來一個請求就啟動一個線程為他服務，代碼如下：

import socket,threading
 
class SocketServer:
def __init__(self):
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 建立一個tcp/ip scoket
sock.bind(('127.0.0.1', 9999))  # 綁定端口號
sock.listen(128)  # 監聽
self.sock = sock
def start_server(self):
while True:
print('開始等待個客戶端過來')
client,addr = self.sock.accept()
print('客戶【%s】過來了',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)  # 獲取到客戶端的數據
data = data.decode()
if not data or data == 'bye':
# 如果沒有發送過來數據就代表客戶端close了，或者發過來bye代表連接要斷開
print('服務結束', addr)
client.close()  # 斷開連接，為下一個服務
break
else:  # 如果他還在發送的話
print('發過來的', data)
msg = '統一回復，人不在'
client.send(msg.encode())  # 數據
 
if __name__ == '__main__':
    
t = SocketServer()
t.start_server()