Python的Socket知识1：入门

理论知识：

1、TCP/IP协议

计算机产生后，最先是单机互不兼容模式，随着发展，计算机被一个个的连接起来，形成了一个计算机网路，实现了计算机通信及信息共享，远距离传递信息等工作。互联的过程就需要一个个协议。

协议就是计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种“约定”；这种“约定”使那些由不同厂商的设备，不同CPU及不同操作系统组成的计算机之间，只要遵循相同的协议就可以实现通信。协议可以分很多种，每一种协议都明确界定了它的行为规范：两台计算机之间必须能够支持相同的协议，并且遵循相同的协议进行处理，才能实现相互通信。

互联网中常用的代表性的协议有IP、TCP、HTTP等，LAN中常用协议有IPX、SPX等

“计算机网络体系结构”将这些网络协议进行了系统的归纳；TCP/IP就是这些协议的集合。

TCP/IP协议（transmission control protocol and internet protocol），传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。

TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

2、开放系统互连模型(Open System Interconnection，OSI)。也叫七层参考模型

OSI参考模型它是为了使各层上的协议国际标准化而发展起来的。OSI共有7层，从上到下分别是 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 ；

其中高层（即7、6、5、4层）定义了应用程序的功能，下面3层（即3、2、1层）主要面向通过网络的端到端的数据流。

在七层模型中，每个分层都接受由它下一层所提供的特定服务，并且负责为自己的上一层提供特定的服务，上下层之间进行交互所遵循的约定叫做“接口”，同一层之间的交互所遵循的约定叫做“协议”。

7层模型介绍：

具体可参考：https://www.cnblogs.com/imyalost/p/6086808.html

3、socket，是在应用层和传输层之间的一个抽象层，提供了进程通信的管道，至于传什么东西，都是自己定义的。

Socket又称"套接字"（用于描述IP地址和端口）是一个通信链的句柄。应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。其实就是一种通信机制。

类似于银行、电信的电话客户部门。你打电话时，客户部门会分配一个专员回答你的问题，客户部门就相当于socket的服务器端了，你就相当于客户端，在和你通话结束前，你无法同其他人通话（同时通话），同样，客户部门的电话交换机也不会重复分配。

socket的位置：

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

大概流程是：

客户端：需要先建立套接字，然后申请连接服务器，需要知道服务端的ip和端口号，而不需要指定客户端的（客户端会由os分配），连接上服务器后开始读写信息，最后关闭套接字。

服务端：建立监听套接字，绑定地址和端口号，然后开始监听，等待客户机连接，生成一个响应套接字，负责处理这个连接请求，然后读写信息，关闭响应套接字，关闭监听套接字。

涉及的参数及流程如下：

用打电话形象比喻整个流程和参数：

服务器端（收、发消息）：

#1买手机

创建socket

s=socket.socket()

#2买手机卡，绑定在手机上

将套接字绑定到地址address（ip地址和端口号）

s.bind('127.0.0.1',9999)

#3开机监听

打开连接，监听传输链接，n为在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量，该值至少未1，大部分应用程序设置为5就可以了。

s.listen(5)，n为能挂起的链接数

#4等待电话，一次只能接听一个电话。

接收连接请求，并返回conn，address。conn是新建的套接字段，用来接受和发送数据，相当于连接的那根电话线。address是链接客户端的地址。

conn,addr=s.accept()

#5接电话，收消息

接收客户端打来电话（消息），1024代表一次性发送多少字节内容

recv_data=conn.recv(1024)

#6回应消息

send_data=recv_data.upper()

conn.send(send_data)

#7挂电话

关闭套接字

conn.close()

客户端（发、收消息）：

#1买手机

创建socket

s=socket.socket()

#2拨号连接

为socket绑定ip地址和端口号

s.connect('127.0.0.1',9999)

#3发消息

发送消息给服务器端

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

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

#4收消息

接收服务器端消息

recv_data=s.recv(1024)

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

#6挂电话

conn.close()

案例1：建立简单socket案例，客服器与客户端一对一，实现字符转为大写。

分别建立服务器和客户端程序，每次执行时，需要先运行服务器程序，再运行客户端程序。交互一次消息即结束，多次交互需要多次运行服务器。

1、建立scoket_server服务器的程序。

#socket_server

#服务器有收、发的功能，程序运行时需要先运行服务器，再运行客户端

#0、导入模块

importsocket

ip_port=('127.0.0.1',9999)#定义服务器的ip，9999为端口，端口可以从1024之后的数字写

#1、创建socket（买手机）

s=socket.socket()#无参数，默认封装TCP协议

#2、为socket绑定ip地址和和端口号（买手机卡，装在手机上）

s.bind(ip_port)#参数必须为一个元祖的形式

#3、监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接（开机等待接电话）

s.listen(5)#参数代表最大挂起5个链接，最大接听5个客户端，python3.5默认128个

#4、被动等待并接收客户端连接的请求（等待电话，一次只能听一个电话）

#accept是一个阻塞的过程，同一时间只能接收一个电话/客户端，如果有其他的电话进来，就得等待，直到上一个客户端返回完成连接信息

conn,addr=s.accept()#conn类似于一个客户端与服务端连接的那根线，每个客户端都是唯一的，addr是一份地址列表

#5、接收消息（收消息）

recv_data=conn.recv(1024)

#6、修改消息并重新发送消息至客户端（发消息）

send_data=recv_data.upper()#处理消息，案例的upper为转成大写功能

conn.send(send_data)

#7、挂断

conn.close()

2、建立socket_client客户端的程序

#socket_client

#客户端是发和收消息

importsocket

ip_port=('127.0.0.1',9999)

#1、客户端创建socket（买手机）

s=socket.socket()

#2、根据服务器ip和端口号试图发送连接请求给服务器（拨号）

s.connect(ip_port)

#3、写入发送的消息（发送消息）

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

s.send(bytes(send_data,encoding="utf-8"))#不同于服务器的地方,这里用s，而不用conn

#4、接收服务器返回的消息（接受消息）

recv_data=s.recv(1024)

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

#5、挂断

s.close()

执行结果：

案例2：实现循环多次收发消息。启动服务器一次即可，客户端退出，不影响服务器。

1、scoket_server服务器程序。两层循环：1）一个客户端断开，不影响服务器继续接收下一个客户端。2）服务器断开或发送空消息，就剖出异常，并继续等待收消息

#socket_server#服务器

importsocket

ip_port=('127.0.0.1',8999)

s=socket.socket()

s.bind(ip_port)

s.listen(5)

while True:#一个客户端退出，服务器不退出，继续监听其他客户端。

conn,addr=s.accept()#conn是唯一的

while True:

try:

recv_data=conn.recv(1024)

iflen(recv_data)==:break#如果客户端消息为空，则断开本次循环，执行close()

send_data=recv_data.upper()

conn.send(send_data)

exceptException:#客户端断开的异常处理

break

conn.close()#语句结束后，继续执行conn,addr=s.accept()

2、socket_client客户端程序；

#socket_client客户端

importsocket

ip_port=('127.0.0.1',8999)

s=socket.socket()

s.connect(ip_port)

while True:#用于控制循环调用服务器

send_data=input("请输入消息>>").strip()

ifsend_data=="exit":break#控制退出标志

iflen(send_data)==:continue#控制空消息继续等待输入

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

recv_data=s.recv(1024)

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

#5、挂断

s.close()

执行结果：

附：其他知识

1、HTTP协议

HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议，所有的WWW文件都必须遵守这个标准。在Internet上的Web服务器上存放的都是超文本信息。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。

HTTP是一个应用层协议，由请求和响应构成，是一个标准的客户端服务器模型。HTTP是一个无状态的协议。

在TCP/IP协议栈中的位置:

HTTP协议通常承载于TCP协议之上，有时也承载于TLS或SSL协议层之上，这个时候，就成了我们常说的HTTPS。如下图所示：

默认HTTP的端口号为80，HTTPS的端口号为443。

HTTP的请求响应模型:

HTTP协议是一个无状态的协议，同一个客户端的这次请求和上次请求是没有对应关系.

HTTP协议永远都是客户端发起请求，服务器回送响应。这样就限制了使用HTTP协议，无法实现在客户端没有发起请求的时候，服务器将消息推送给客户端。

见下图：

HTTP工作流程:一次HTTP操作称为一个事务，其工作过程可分为四步：

首先客户机与服务器需要建立连接。只要单击某个超级链接，HTTP的工作开始。

建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是MIME信息包括请求修饰符、客户机信息和可能的内容。

服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是MIME信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。

客户端接收服务器所返回的信息通过浏览器显示在用户的显示屏上，然后客户机与服务器断开连接。

如果在以上过程中的某一步出现错误，那么产生错误的信息将返回到客户端，有显示屏输出。对于用户来说，这些过程是由HTTP自己完成的，用户只要用鼠标点击，等待信息显示就可以了。

通过HTTP或者HTTPS协议请求的资源由统一资源标示符（Uniform Resource Identifiers）（或者，更准确一些，URLs）来标识。

2、URL

我们在浏览器的地址栏里输入的网站地址叫做URL (Uniform Resource Locator，统一资源定位符，用于定位网上的资源)。就像每家每户都有一个门牌地址一样，每个网页也都有一个Internet地址。当你在http浏览器的地址框中输入一个URL或是单击一个超级链接时，URL就确定了要浏览的地址。浏览器通过超文本传输协议(HTTP)，将Web服务器上站点的网页代码提取出来，并翻译成漂亮的网页。

URL地址格式排列为：scheme：//host：port/path，

例如 http：//www.sohu.com/domain/HXWZ就是一个典型的URL地址。

它从左到右由下述部分组成：

Internet资源类型（scheme）：指出WWW客户程序用来操作的工具。如“http：//”表示WWW服务器，“ftp：//”表示FTP服务器，“gopher：//”表示Gopher服务器，而“new：”表示Newgroup新闻组。

服务器地址（host）：指出WWW页所在的服务器域名，比如mail.表示邮箱，还可以自定义。

端口（port）：有时（并非总是这样），对某些资源的访问来说，需给出相应的服务器提供端口号。

路径（path）：指明服务器上某资源的位置（其格式与DOS系统中的格式一样，通常有目录/子目录/文件名这样结构组成）。与端口一样，路径并非总是需要的。

http://：这个是协议，也就是HTTP超文本传输协议，也就是网页在网上传输的协议。

mail：这个是服务器名，代表着是一个邮箱服务器，所以是mail，也可以是www、或自定义

163.com：”这个是域名，是用来定位网站的独一无二的名字

mail.163.com：这个是网站名，由服务器名+域名组成。

/：这个是根目录，也就是说，通过网站名找到服务器，然后在服务器存放网页的根目录

index.html：这个是根目录下的默认网页

http://mail.163.com/index.html:这个叫做URL，统一资源定位符，全球性地址，用于定位网上的资源。

具体参考：

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

案例1代码链接：https://pan.baidu.com/s/1kW7GpJT 密码：zhq8

案例2代码链接：https://pan.baidu.com/s/1dHligKT 密码：d6x4