python學習之網絡編程

socket編程

本地進程間通信(IPC)
? 隊列
? 同步(互斥鎖、條件變量等)
? 管道
網絡進程間通信
問題: 本地通過進程PID來唯一標識一個進程,在網絡中如何唯一標識一個進程?
網絡層的“IP地址”可以唯一標識網絡中的主機,而傳輸層的“協議+端口”
可以唯一標識主機中的應用程序(進程)。因此利用IP地址,協議,端口就
可以標識網絡的進程。
什么是socket?
socket(簡稱套接字) 是進程間通信的一種方式, 能實現不同主機間的進程間通信,我們
網絡上各種各樣的服務大多都是基于 Socket 來完成通信的。
創建socket
在 Python 中 使用socket 模塊的函數 socket 就可以完成:
socket.socket(AddressFamily, Type)
1). Address Family:
AF_INET: IPV4用于 Internet 進程間通信
AF_INET6: IPV6用于 Internet 進程間通信
2). Type:套接字類型
SOCK_STREAM: 流式套接字,主要用于 TCP 協議
SOCK_DGRAM: 數據報套接字,主要用于 UDP 協 議

01_socket對象的建立

import socket
#1. 創建socket對象
#family: AF_INET(IPv4)   AF_INET6(IPv6)      ========= 網絡層協議
#type: # SOCK_STREAM(TCP)   SOCK_DGRAM(UDP) ========== 傳輸層協議
#Linux： 可以認為是一個文件；
socketObj = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
print(socketObj.getsockname())

#2.  關閉socket對象
socketObj.close()

2. socket基本使用
import os
os.system('hostname')

hostname = socket.gethostname()
print("主機名:", hostname)

print(socket.gethostbyname('localhost'))

UDP介紹
UDP 用戶數據報協議,是一個無連接的簡單的面向數據報的運輸層協議。UDP不提供可靠
性,它只是把應用程序傳給IP層的數據報發送出去,但 是并不能保證它們能到達目的地。
由于UDP在傳輸數據報前不用在客戶和服 務器之間建立一個連接,且沒有超時重發等機制,
故而傳輸速度很快
UDP是一種面向無連接的協議,每個數據報都是一個獨立的信息,包括完整 的源地址
或目的地址,它在網絡上以任何可能的路徑傳往目的地,因此能否到達目的地,到達
目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的
UDP特點
UDP是面向無連接的通訊協議,UDP數據包括目的端口號和源端口號信息, 由于通訊不需要連接,
所以可以實現廣播發送。 UDP傳輸數據時有大小限 制,每個被傳輸的數據報必須限定在64KB之內。
UDP是一個不可靠的協 議,發送方所發送的數據報并不一定以相同的次序到達接收方。
UDP網絡程序

udp_server.py

import socket

udpserver = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
udpserver.bind(('0.0.0.0', 9999))
print('QQ用戶A上線.........')
while True:
    # 返回的是元組， 一個個元素是客戶端發送的信息， 第二個元素是客戶端和服務端交互的地址(IP, port)
    recv_data, address = udpserver.recvfrom(1024)
    #print(address)
    print("B:>> ", recv_data.decode('utf-8'))
    if recv_data == b'quit':
        print("聊天結束.......")
        break
    #發送的消息必須是bytes類型
    #bytes -->  str    bytesObj.decode('utf-8')
    #str   --> bytes   strObj.encode('utf-8')
    send_data = input('A: >> ').encode('utf-8')
    if not send_data:
        continue
    udpserver.sendto(send_data, address)

udpserver.close()

udp_client.py:

import socket

udpclient = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)

print("QQ用戶B上線.........")
while True:
    send_data = input('B:>> ').encode('utf-8')
    if not send_data:
        continue
    udpclient.sendto(send_data, ('172.25.254.197', 9999))
    if send_data == b'quit':
        print("聊天結束.....")
        break
    recv_data, address = udpclient.recvfrom(1024)
    print("A:>> ", recv_data.decode('utf-8'))

udpclient.close()

TCP介紹
TCP: 傳輸控制協議(英語:Transmission Control Protocol,縮寫為TCP)是一種面向連
接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。

TCP介紹
TCP: 傳輸控制協議(英語:Transmission Control Protocol,縮寫為TCP)是一種面向連
接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。
TCP網絡程序

TCP三次握手

? 兩個包: 同步序列標號 SYN
確認包 ACK
? 四種狀態: SYN_SENT, LISTEN, SYN_RECV, ESTABLISHED
在三次握手中,客戶端和服務器端都發送兩個包SYN和ACK,只不過服務器端的兩個包是一次性
發過來的,客戶端的兩個包是分兩次發送的
TCP數據傳輸

TCP四次分手
當A端和B端要斷開連接時,需要四次握手,這里稱為四次揮手。

? 兩個包: FIN:Finish, ACK確認序號

tcp_server.py

import socket
#1. 創建服務端socket對象
server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)

#2. 綁定地址和端口(IP:port)
server.bind(('0.0.0.0', 9998))

#3. 監聽是否有客戶端連接?listen
server.listen(5)
print('server start .........')
#4.接收客戶端的連接accept
clientSocketObj, clientAddress = server.accept()
#5. 接收客戶端發送的消息
recv_data = clientSocketObj.recv(1024).decode('utf-8')
print("接收到客戶端發送的消息:", recv_data)

#6. 給客戶端發送消息
send_data = b'hello client'
clientSocketObj.send(send_data)
#7. 關閉socket對象
clientSocketObj.close()
server.close()

tcp_client.py

import socket

#1. 創建服務端socket對象
client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
#2. 連接服務端
client.connect(('172.25.254.197', 9998))
#3.給服務端發送消息
client.send(b'hello server')
#4. 接收服務端發送的消息
recv_data = client.recv(1024).decode('utf-8')
print("接收服務端發送的消息:", recv_data)
#5. 關閉socket對象
client.close()

并發服務器
并發服務器是socket應用編程中最常見的應用模型。根據連接方式分為長連接和短連接.
通信方式 具體通信過程
長連接 建立SOCKET連接后不管是否使用都保持連接
短連接 雙方有數據交互時,建立TCP連接,數據發送完成后斷開連接
并發服務器模型根據處理方式可分為同步方式和異步方式。

單進程服務器
? 同一時刻只能為一個客戶進行服務,不能同時為多個客戶服務
? 類似于找一個“明星”簽字一樣,客戶需要耐心等待才可以獲取到服務
多進程服務器
優點: 通過為每個客戶端創建一個進程的方式,能夠同時為多個客戶端進行服務
缺點: 當客戶端不是特別多的時候,這種方式還行,如果有幾百上千個,就不 可取了,
因為每次創建進程等過程需要好較大的資源

多進程server.py

#實現多進程的方式:
#1. 實例化對象
#2. 繼承子類
#注意: 一定要確定多進程要處理的任務

#任務: 處理客戶端請求并為其服務

def dealWithClient(clientSocketObj, clientAddress):
    while True:
        # 5. 接收客戶端發送的消息
        recv_data = clientSocketObj.recv(1024).decode('utf-8')
        print(clientAddress[0] + str(clientAddress[1]) + ':> ' + recv_data)
        if recv_data == 'quit':
            break
    clientSocketObj.close()

import socket
from multiprocessing import Process

#1. 創建服務端socket對象
server = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

#2. 綁定地址和端口(IP:port)
server.bind(('0.0.0.0', 9997))

#3. 監聽是否有客戶端連接?listen
server.listen(5)
print('server start .........')

while True:
    # 4.接收客戶端的連接accept
    clientSocketObj, clientAddress = server.accept()
    #dealWithClient(clientSocketObj)
    p = Process(target=dealWithClient, args=(clientSocketObj, clientAddress))
    p.start()

#server.close()

多進程clinet.py

import socket

#1. 創建服務端socket對象
client = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)

#2. 連接服務端
client.connect(('172.25.254.197', 9997))

while True:
    # 3.給服務端發送消息
    send_data = input('client: >> ').encode('utf-8')
    if not send_data:
        continue
    client.send(send_data)
    if send_data == 'quit':
        break

#5. 關閉socket對象
client.close()