zhouzhongping/wiki
1
0
Fork 0
Code

Python：socket 底层网络接口

Browse Source
This commit is contained in:
周中平 2023-09-11 10:38:48 +08:00
parent 3754dee4a2
commit d2b7f9c085
Signed by: zhouzhongping
GPG Key ID: 6666822800008000
2 changed files with 327 additions and 0 deletions
Show Stats Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

327
wiki/programming-language/Python/进阶/拓展模块/网络处理/socket 底层网络接口.md Normal file
View File

@ -0,0 +1,327 @@
---
title: socket 底层网络接口
description: socket 底层网络接口
keywords:
- Python
- socket
tags:
- Python
- 标准库
sidebar_position: 2
author: 7Wate
date: 2023-09-09
---
## 概述
Socket 是计算机网络中用于实现进程间通信的一种技术。简而言之，它是一个端点，用于发送或接收数据。这些数据可以在同一台计算机上的进程之间，或者在不同计算机上的进程之间进行传输。
`socket` 是 Python 中的一个标准库，它提供了低级的网络通信功能。基于该库，开发者可以实现 TCP、UDP 以及其他类型的网络协议的客户端和服务端程序。
`socket` 库的历史可以追溯到 Unix 操作系统的早期。在 Unix 中，socket 被用作进程间通信(IPC)的一种方式。随着互联网的发展，socket 逐渐被应用于网络通信。Python 的 `socket` 库提供了对这一功能的高级封装，使得开发网络应用变得更为简单。
## 工作原理
`socket`网络通信最常见的模型是客户端-服务器模型。客户端是请求服务的实体，而服务器是提供服务的实体。Socket 允许这两个实体进行通信。
- **客户端**: 创建 Socket -> 连接到服务器 -> 交换数据 -> 关闭 Socket
- **服务器**: 创建 Socket -> 绑定到特定地址和端口 -> 监听连接 -> 接受客户端连接 -> 交换数据 -> 关闭 Socket
`socket` 主要被用于：
- 创建网络服务器和客户端。
- 实现多种网络协议，如 TCP 和 UDP。
- 进行低级的网络通信，如发送原始套接字数据。
它解决了开发者在进行网络通信时的底层细节问题，如地址转换、数据传输等。
### 协议类型
- **流式 Socket (SOCK_STREAM)**: 提供了一个可靠的、面向连接的字节流。这是最常用的 Socket 类型，TCP 协议就是基于这种 Socket。
- **数据报 Socket (SOCK_DGRAM)**: 提供了一种无连接的、不可靠的数据传输方式。UDP 协议就是基于这种 Socket。
- **原始 Socket (SOCK_RAW)**: 允许直接访问底层协议，通常用于开发新的通信协议。
### 地址家族
- **AF_INET (IPv4)**: 最常用的地址家族，用于 Internet 通信。
- **AF_INET6 (IPv6)**: 下一代 Internet 地址家族。
- **AF_UNIX**: 用于同一台机器上的进程间通信。
### 生命周期
```mermaid
graph LR;
A[创建 Socket] --> B[绑定 Socket到地址和端口];
B --> C[开始监听传入的连接];
C --> D[接受连接请求];
D --> E[进行数据传输];
E --> F[关闭 Socket];
```
1. **创建**: 使用 `socket.socket()` 创建一个新的 Socket 对象。
2. **绑定**: 使用 `bind()` 方法将 Socket 绑定到特定的地址和端口。
3. **监听**: 使用 `listen()` 方法开始监听传入的连接。
4. **接受连接**: 使用 `accept()` 方法接受一个连接。
5. **数据传输**: 使用 `send()` 和 `recv()` 方法进行数据传输。
6. **关闭**: 使用 `close()` 方法关闭 Socket。
## 基础操作
由于 `socket` 是 Python 的标准库，无需额外安装。
### 支持协议
`socket` 库支持多种协议，用于不同的网络通信场景。
```python
# 服务器
import socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('localhost', 8080))
server_socket.listen(5)
print("服务器正在监听...")
client_socket, addr = server_socket.accept()
print(f"连接来自 {addr}")
data = client_socket.recv(1024)
print(f"接收到的数据: {data.decode('utf-8')}")
client_socket.send("谢谢你!".encode('utf-8'))
client_socket.close()
server_socket.close()
```
```python
# 客户端
import socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 8080))
client_socket.send("你好，服务器!".encode('utf-8'))
data = client_socket.recv(1024)
print(f"接收到的数据: {data.decode('utf-8')}")
client_socket.close()
```
### TCP 示例
```mermaid
graph LR
subgraph TCP服务器
A[创建Socket] --> B[绑定到地址和端口]
B --> C[监听连接请求]
C --> D[接受连接]
D --> E[接收数据]
E --> F[处理数据]
F --> G[发送响应]
G --> E
E --> H[关闭连接]
H --> D
end
subgraph TCP客户端
I[创建Socket] --> J[连接到服务器]
J --> K[发送数据]
K --> L[接收响应]
L --> M[处理响应]
M --> K
K --> N[关闭连接]
end
A --> I
```
#### 服务器
```python
import socket
# 步骤1：创建 TCP Socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 步骤2：绑定 Socket 到一个特定的 IP 地址和端口
server_address = ('localhost', 12345)
server_socket.bind(server_address)
# 步骤3：监听传入的连接请求
server_socket.listen(5)
print("TCP 服务器启动，等待连接...")
while True:
# 步骤4：接受客户端的连接请求
client_socket, client_address = server_socket.accept()
print(f"接受来自 {client_address} 的连接")
# 步骤5：与客户端建立通信
while True:
data = client_socket.recv(1024)
if not data:
break
# 步骤6：接收和发送数据
data = data.decode('utf-8')
print(f"接收到来自客户端的数据: {data}")
response = f"你好，
```
#### 客户端
```python
import socket
# 步骤1：创建 TCP Socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 步骤2：连接到服务器的 IP 地址和端口
server_address = ('localhost', 12345)
client_socket.connect(server_address)
while True:
# 步骤3：发送数据给服务器
message = input("请输入要发送的消息 (输入 'exit' 退出): ")
if message == 'exit':
break
client_socket.send(message.encode('utf-8'))
# 步骤4：接收来自服务器的响应数据
data = client_socket.recv(1024)
# 步骤5：处理服务器的响应数据
data = data.decode('utf-8')
print(f"接收到服务器的响应: {data}")
# 步骤6：关闭与服务器的连接
client_socket.close()
```
### UDP 示例
```mermaid
graph LR
subgraph UDP服务器
A[创建Socket] --> B[绑定到地址和端口]
B --> C[接收数据]
C --> D[处理数据]
D --> E[发送响应]
E --> C
end
subgraph UDP客户端
F[创建Socket] --> G[发送数据]
G --> H[接收响应]
H --> I[处理响应]
I --> G
end
A --> F
```
#### 服务端
```python
import socket
# 步骤1：创建 UDP Socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 步骤2：绑定 Socket 到一个特定的 IP 地址和端口
server_address = ('localhost', 12345)
server_socket.bind(server_address)
print("UDP 服务器启动，等待数据...")
while True:
# 步骤3：接收客户端发送的数据
data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)
# 步骤4：处理客户端数据
data = data.decode('utf-8')
print(f"接收到来自 {client_address} 的数据: {data}")
# 步骤5：为客户端发送响应（如果需要）
response = f"你好，客户端！你发送了：{data}"
server_socket.sendto(response.encode('utf-8'), client_address)
# 步骤6：关闭 Socket（这里永远不会执行到）
server_socket.close()
```
#### 客户端
```python
import socket
# 步骤1：创建 UDP Socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 服务器地址和端口
server_address = ('localhost', 12345)
while True:
# 步骤2：发送数据给服务器
message = input("请输入要发送的消息 (输入 'exit' 退出): ")
if message == 'exit':
break
client_socket.sendto(message.encode('utf-8'), server_address)
# 步骤3：接收来自服务器的响应数据
data, server_address = client_socket.recvfrom(1024)
# 步骤4：处理服务器的响应数据
data = data.decode('utf-8')
print(f"接收到服务器的响应: {data}")
# 步骤5：关闭 Socket
client_socket.close()
```
### 常用方法
| 方法 | 描述 |
| --------- | -------------------- |
| socket() | 创建一个新的 socket |
| bind() | 绑定到一个地址和端口 |
| listen() | 开始监听连接 |
| accept() | 接受一个新的连接 |
| connect() | 连接到一个服务器 |
| send() | 发送数据 |
| recv() | 接收数据 |
| close() | 关闭 socket |
## 深入探索
### 高级功能
#### 非阻塞 sockets
```python
import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.setblocking(False)
```
#### 套接字选项
```python
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
```
#### 超时
```python
s.settimeout(5.0)
```

0
wiki/programming-language/Python/进阶/拓展模块/网络请求/urllib URL 处理模块.md → wiki/programming-language/Python/进阶/拓展模块/网络处理/urllib URL 处理模块.md
View File