Python的Socket知識1：入門

理論知識：

1、TCP/IP協議

計算機產生後，最先是單機互不兼容模式，隨著發展，計算機被一個個的連接起來，形成了一個計算機網路，實現了計算機通信及信息共享，遠距離傳遞信息等工作。互聯的過程就需要一個個協議。

協議就是計算機之間通過網路實現通信時事先達成的一種「約定」；這種「約定」使那些由不同廠商的設備，不同CPU及不同操作系統組成的計算機之間，只要遵循相同的協議就可以實現通信。協議可以分很多種，每一種協議都明確界定了它的行為規範：兩台計算機之間必須能夠支持相同的協議，並且遵循相同的協議進行處理，才能實現相互通信。

互聯網中常用的代表性的協議有IP、TCP、HTTP等，LAN中常用協議有IPX、SPX等

「計算機網路體系結構」將這些網路協議進行了系統的歸納；TCP/IP就是這些協議的集合。

TCP/IP協議（transmission control protocol and internet protocol），傳輸控制協議/網際網路互聯協議，又叫網路通訊協議，是Internet最基本的協議、Internet國際互聯網路的基礎，由網路層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成。

TCP/IP 定義了電子設備如何連入網際網路，以及數據如何在它們之間傳輸的標準。協議採用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的協議來完成自己的需求。通俗而言：TCP負責發現傳輸的問題，一有問題就發出信號，要求重新傳輸，直到所有數據安全正確地傳輸到目的地。而IP是給網際網路的每一台聯網設備規定一個地址。

2、開放系統互連模型(Open System Interconnection，OSI)。也叫七層參考模型

OSI參考模型它是為了使各層上的協議國際標準化而發展起來的。OSI共有7層，從上到下分別是 7 應用層 6 表示層 5 會話層 4 傳輸層 3 網路層 2 數據鏈路層 1 物理層 ；

其中高層（即7、6、5、4層）定義了應用程序的功能，下面3層（即3、2、1層）主要面向通過網路的端到端的數據流。

在七層模型中，每個分層都接受由它下一層所提供的特定服務，並且負責為自己的上一層提供特定的服務，上下層之間進行交互所遵循的約定叫做「介面」，同一層之間的交互所遵循的約定叫做「協議」。

7層模型介紹：

具體可參考：https://www.cnblogs.com/imyalost/p/6086808.html

3、socket，是在應用層和傳輸層之間的一個抽象層，提供了進程通信的管道，至於傳什麼東西，都是自己定義的。

Socket又稱"套接字"（用於描述IP地址和埠）是一個通信鏈的句柄。應用程序通常通過"套接字"向網路發出請求或者應答網路請求。其實就是一種通信機制。

類似於銀行、電信的電話客戶部門。你打電話時，客戶部門會分配一個專員回答你的問題，客戶部門就相當於socket的伺服器端了，你就相當於客戶端，在和你通話結束前，你無法同其他人通話（同時通話），同樣，客戶部門的電話交換機也不會重複分配。

socket的位置：

socket起源於UNIX，在Unix一切皆文件哲學的思想下，socket是一種"打開—讀/寫—關閉"模式的實現，伺服器和客戶端各自維護一個"文件"，在建立連接打開後，可以向自己文件寫入內容供對方讀取或者讀取對方內容，通訊結束時關閉文件。

大概流程是：

客戶端：需要先建立套接字，然後申請連接伺服器，需要知道服務端的ip和埠號，而不需要指定客戶端的（客戶端會由os分配），連接上伺服器後開始讀寫信息，最後關閉套接字。

服務端：建立監聽套接字，綁定地址和埠號，然後開始監聽，等待客戶機連接，生成一個響應套接字，負責處理這個連接請求，然後讀寫信息，關閉響應套接字，關閉監聽套接字。

涉及的參數及流程如下：

用打電話形象比喻整個流程和參數：

伺服器端（收、發消息）：

#1買手機

創建socket

s=socket.socket()

#2買手機卡，綁定在手機上

將套接字綁定到地址address（ip地址和埠號）

s.bind("127.0.0.1",9999)

#3開機監聽

打開連接，監聽傳輸鏈接，n為在拒絕連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數量，該值至少未1，大部分應用程序設置為5就可以了。

s.listen(5)，n為能掛起的鏈接數

#4等待電話，一次只能接聽一個電話。

接收連接請求，並返回conn，address。conn是新建的套接欄位，用來接受和發送數據，相當於連接的那根電話線。address是鏈接客戶端的地址。

conn,addr=s.accept()

#5接電話，收消息

接收客戶端打來電話（消息），1024代表一次性發送多少位元組內容

recv_data=conn.recv(1024)

#6回應消息

send_data=recv_data.upper()

conn.send(send_data)

#7掛電話

關閉套接字

conn.close()

客戶端（發、收消息）：

#1買手機

創建socket

s=socket.socket()

#2撥號連接

為socket綁定ip地址和埠號

s.connect("127.0.0.1",9999)

#3發消息

發送消息給伺服器端

send_data=input(">>").strip()

s.send(bytes(send_data,encoding="utf-8"))

#4收消息

接收伺服器端消息

recv_data=s.recv(1024)

print(str(recv_data,encoding="utf-8"))

#6掛電話

conn.close()

案例1：建立簡單socket案例，客服器與客戶端一對一，實現字元轉為大寫。

分別建立伺服器和客戶端程序，每次執行時，需要先運行伺服器程序，再運行客戶端程序。交互一次消息即結束，多次交互需要多次運行伺服器。

1、建立scoket_server伺服器的程序。

#socket_server

#伺服器有收、發的功能，程序運行時需要先運行伺服器，再運行客戶端

#0、導入模塊

importsocket

ip_port=("127.0.0.1",9999)#定義伺服器的ip，9999為埠，埠可以從1024之後的數字寫

#1、創建socket（買手機）

s=socket.socket()#無參數，默認封裝TCP協議

#2、為socket綁定ip地址和和埠號（買手機卡，裝在手機上）

s.bind(ip_port)#參數必須為一個元祖的形式

#3、監聽埠號請求，隨時準備接收客戶端發來的連接（開機等待接電話）

s.listen(5)#參數代表最大掛起5個鏈接，最大接聽5個客戶端，python3.5默認128個

#4、被動等待並接收客戶端連接的請求（等待電話，一次只能聽一個電話）

#accept是一個阻塞的過程，同一時間只能接收一個電話/客戶端，如果有其他的電話進來，就得等待，直到上一個客戶端返回完成連接信息

conn,addr=s.accept()#conn類似於一個客戶端與服務端連接的那根線，每個客戶端都是唯一的，addr是一份地址列表

#5、接收消息（收消息）

recv_data=conn.recv(1024)

#6、修改消息並重新發送消息至客戶端（發消息）

send_data=recv_data.upper()#處理消息，案例的upper為轉成大寫功能

conn.send(send_data)

#7、掛斷

conn.close()

2、建立socket_client客戶端的程序

#socket_client

#客戶端是發和收消息

importsocket

ip_port=("127.0.0.1",9999)

#1、客戶端創建socket（買手機）

s=socket.socket()

#2、根據伺服器ip和埠號試圖發送連接請求給伺服器（撥號）

s.connect(ip_port)

#3、寫入發送的消息（發送消息）

send_data=input(">>").strip()

s.send(bytes(send_data,encoding="utf-8"))#不同於伺服器的地方,這裡用s，而不用conn

#4、接收伺服器返回的消息（接受消息）

recv_data=s.recv(1024)

print(str(recv_data,encoding="utf-8"))#直接把bitys轉變為utf8

#5、掛斷

s.close()

執行結果：

案例2：實現循環多次收發消息。啟動伺服器一次即可，客戶端退出，不影響伺服器。

1、scoket_server伺服器程序。兩層循環：1）一個客戶端斷開，不影響伺服器繼續接收下一個客戶端。2）伺服器斷開或發送空消息，就剖出異常，並繼續等待收消息

#socket_server#伺服器

importsocket

ip_port=("127.0.0.1",8999)

s=socket.socket()

s.bind(ip_port)

s.listen(5)

while True:#一個客戶端退出，伺服器不退出，繼續監聽其他客戶端。

conn,addr=s.accept()#conn是唯一的

while True:

try:

recv_data=conn.recv(1024)

iflen(recv_data)==:break#如果客戶端消息為空，則斷開本次循環，執行close()

send_data=recv_data.upper()

conn.send(send_data)

exceptException:#客戶端斷開的異常處理

break

conn.close()#語句結束後，繼續執行conn,addr=s.accept()

2、socket_client客戶端程序；

#socket_client客戶端

importsocket

ip_port=("127.0.0.1",8999)

s=socket.socket()

s.connect(ip_port)

while True:#用於控制循環調用伺服器

send_data=input("請輸入消息>>").strip()

ifsend_data=="exit":break#控制退出標誌

iflen(send_data)==:continue#控制空消息繼續等待輸入

s.send(bytes(send_data,encoding="utf-8"))

recv_data=s.recv(1024)

print(str(recv_data,encoding="utf-8"))#直接把bitys轉變為utf8

#5、掛斷

s.close()

執行結果：

附：其他知識

1、HTTP協議

HTTP協議（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協議）是用於從WWW伺服器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳輸協議，所有的WWW文件都必須遵守這個標準。在Internet上的Web伺服器上存放的都是超文本信息。設計HTTP最初的目的是為了提供一種發布和接收HTML頁面的方法。它不僅保證計算機正確快速地傳輸超文本文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示(如文本先於圖形)等。

HTTP是一個應用層協議，由請求和響應構成，是一個標準的客戶端伺服器模型。HTTP是一個無狀態的協議。

在TCP/IP協議棧中的位置:

HTTP協議通常承載於TCP協議之上，有時也承載於TLS或SSL協議層之上，這個時候，就成了我們常說的HTTPS。如下圖所示：

默認HTTP的埠號為80，HTTPS的埠號為443。

HTTP的請求響應模型:

HTTP協議是一個無狀態的協議，同一個客戶端的這次請求和上次請求是沒有對應關係.

HTTP協議永遠都是客戶端發起請求，伺服器回送響應。這樣就限制了使用HTTP協議，無法實現在客戶端沒有發起請求的時候，伺服器將消息推送給客戶端。

見下圖：

HTTP工作流程:一次HTTP操作稱為一個事務，其工作過程可分為四步：

• 首先客戶機與伺服器需要建立連接。只要單擊某個超級鏈接，HTTP的工作開始。

• 建立連接後，客戶機發送一個請求給伺服器，請求方式的格式為：統一資源標識符（URL）、協議版本號，後邊是MIME信息包括請求修飾符、客戶機信息和可能的內容。

• 伺服器接到請求後，給予相應的響應信息，其格式為一個狀態行，包括信息的協議版本號、一個成功或錯誤的代碼，後邊是MIME信息包括伺服器信息、實體信息和可能的內容。

• 客戶端接收伺服器所返回的信息通過瀏覽器顯示在用戶的顯示屏上，然後客戶機與伺服器斷開連接。

  如果在以上過程中的某一步出現錯誤，那麼產生錯誤的信息將返回到客戶端，有顯示屏輸出。對於用戶來說，這些過程是由HTTP自己完成的，用戶只要用滑鼠點擊，等待信息顯示就可以了。

  通過HTTP或者HTTPS協議請求的資源由統一資源標示符（Uniform Resource Identifiers）（或者，更準確一些，URLs）來標識。

  2、URL

  我們在瀏覽器的地址欄里輸入的網站地址叫做URL (Uniform Resource Locator，統一資源定位符，用於定位網上的資源)。就像每家每戶都有一個門牌地址一樣，每個網頁也都有一個Internet地址。當你在http瀏覽器的地址框中輸入一個URL或是單擊一個超級鏈接時，URL就確定了要瀏覽的地址。瀏覽器通過超文本傳輸協議(HTTP)，將Web伺服器上站點的網頁代碼提取出來，並翻譯成漂亮的網頁。

  URL地址格式排列為：scheme：//host：port/path，

  例如 http：//www.sohu.com/domain/HXWZ就是一個典型的URL地址。

  它從左到右由下述部分組成：

  • Internet資源類型（scheme）：指出WWW客戶程序用來操作的工具。如「http：//」表示WWW伺服器，「ftp：//」表示FTP伺服器，「gopher：//」表示Gopher伺服器，而「new：」表示Newgroup新聞組。

  • 伺服器地址（host）：指出WWW頁所在的伺服器域名，比如mail.表示郵箱，還可以自定義。

  • 埠（port）：有時（並非總是這樣），對某些資源的訪問來說，需給出相應的伺服器提供埠號。

  • 路徑（path）：指明伺服器上某資源的位置（其格式與DOS系統中的格式一樣，通常有目錄/子目錄/文件名這樣結構組成）。與埠一樣，路徑並非總是需要的。

  • http://：這個是協議，也就是HTTP超文本傳輸協議，也就是網頁在網上傳輸的協議。

  • mail：這個是伺服器名，代表著是一個郵箱伺服器，所以是mail，也可以是www、或自定義

  • 163.com：」這個是域名，是用來定位網站的獨一無二的名字

  • mail.163.com：這個是網站名，由伺服器名+域名組成。

  • /：這個是根目錄，也就是說，通過網站名找到伺服器，然後在伺服器存放網頁的根目錄

  • index.html：這個是根目錄下的默認網頁

  • http://mail.163.com/index.html:這個叫做URL，統一資源定位符，全球性地址，用於定位網上的資源。

  具體參考：

  http://www.blogjava.net/zjusuyong/articles/304788.html

  案例1代碼鏈接：https://pan.baidu.com/s/1kW7GpJT 密碼：zhq8

  案例2代碼鏈接：https://pan.baidu.com/s/1dHligKT 密碼：d6x4

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