目錄

• 前言
• 網路程式設計
• 實質
• IP地址和埠
• 資料傳輸協議
• 協議
• Socket
• 概念
• 套接字
• socket物件方法
• 初步使用
• 功能
• 原始碼
• 執行結果
• 結語

前言

       本系列部落格是筆者學習Python Socket的過程筆記，目的在於記錄。其中的解釋都為自己的見解，僅供參考，如有錯誤，還望指出。本篇部落格是對Python Socket的初步瞭解和使用，大佛請移駕。

網路程式設計

• 實質

       網路程式設計本質就是實現兩個裝置之間的資料交換（通訊），通常這個裝置指的是計算機，實際上任何能連線網路的硬體裝置都能實現通訊。也就是說我們的任何能連線網路的裝置都是可通訊的，比如我有一個 LED顯示屏，我現在需要伺服器控制這個 LED螢幕顯示一段文字，一些輪播圖片或者一個視訊，並且控制裝置什麼時間播放什麼內容，播放多長時間等命令。那麼LED和我的伺服器之間就需要通訊，這個時候就不是計算機與計算機之間通訊了。

       在網路程式設計中，發起連線的一方被稱作客戶端(Client)，等待連線的一方被稱作伺服器(Server)。服務端一般都需要一直啟動，等待客戶端來連線。連線一旦建立，雙方就可以互相傳送資料了。

• IP地址和埠

       網路通訊和生活中的打電話類似，我要給某個人打電話我就得知道他的電話號碼，在網路中也是如此，我要和伺服器建立通訊就需要知道伺服器的在網路中的位置。計算機在網路中的位置由IP地址（具體概念檢視IP百度百科

       一臺計算機上（裝置）可以執行多個程式（多個程序），為了區分這些程式就設計了埠(Port)的概念。裝置最多有2¹⁶=65536個埠，一個埠可以對應一個唯一程式，無論是服務端還是客戶端，每個程式都對應一個或多個埠。其中0-1024之間的大多埠已經被作業系統佔用，我們的程式一般就使用之後的埠號（僅僅針對計算機裝置）。也就是說通過IP和埠號就可以實現兩個裝置的某個程式之間進行通訊了。

• 資料傳輸協議

       對於建立了連線的兩個裝置以何種方式進行資料的傳輸呢，傳輸資料的方式無論是有線傳輸還是無線傳輸，一般就兩種傳輸協議方式：

       1. TCP(Transfer Control Protocol)

       傳輸控制協議方式，該傳輸方式是一種穩定可靠的傳送方式，類似於顯示中的打電話。只需要建立一次連線，就可以多次傳輸資料。就像電話只需要撥一次號，就可以實現一直通話一樣，如果你說的話不清楚，對方會要求你重複，保證傳輸的資料可靠。使用該種方式的優點是穩定可靠，缺點是建立連線和維持連線的代價高，傳輸速度不快。

       2. UDP(User Datagram Protocol)

       使用者資料報協議方式，該傳輸方式不建立穩定的連線，類似於發簡訊息。每次傳送資料都直接傳送。傳送多條簡訊，就需要多次輸入對方的號碼。該傳輸方式不可靠，資料有可能收不到，系統只保證盡力傳送。使用該種方式的優點是開銷小，傳輸速度快，缺點是資料有可能會丟失。

• 協議

       協議(Protocol)在網路裡是一個重要的概念，平時所說的協議實際就是指網路協議，網路協議就是裝置實現通訊的規定，雙方必須遵守這個規定才能獲取到正確的通訊資訊。比如在建立連線的時候應該何種方式連線，怎麼互相判別，傳輸的資料格式（也就是要按照一定的格式來發送和接收資料）是什麼。只有遵守這個規定，裝置之間才能相互通訊交流。它的三要素是：語法、語義、時序。
       為了使資料在網路上從源到達目的，網路通訊的參與方必須遵循相同的規則，這套規則稱為協議（protocol），它最終體現為在網路上傳輸的資料包的格式。

Socket

• 概念

       Socket即是套接字，Python將低級別的網路服務封裝成了一個模組，通過socket就可以將網路中的兩個裝置的某一程序（應用程式）以TCP或者UDP協議方式建立連線，在建立連線過後就可以實現裝置程序與裝置程序之間的通訊了。

• 套接字

       我們匯入socket（使用import socket）模組，使用s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)來建立返回一個基於IPv4地址流式TCP傳輸協議的套接字s，我們需要建立套接字最主要考慮前兩個引數，第一個是IP地址簇，第二個是傳輸協議型別，下面列了常用的幾個可選值，想要了解全部請前往Python3 socket。

1. family：IP地址簇引數

2. type：型別引數

• socket物件方法

初步使用

• 功能

       由於要實現的是兩個程序間的通訊（同一個裝置），那麼需要兩個程式，我們分別叫客戶端程式和服務端程式。
       在這個初級使用例項中，實現的是一臺計算機中兩個程序之間的通訊（一個程序為等待客戶端連線的服務端程式，一個程序為主動去連線服務端的客戶端程式）。也就是說客戶端和服務端程式都執行在本地的一臺計算機上，服務端建立socket，監聽本機IP的6688埠等待客戶端來連線，一旦有一個客戶端來連線了就列印連線資訊，然後等待連線的客戶端傳送資料，接收到客戶端傳來的資料後，就反饋給客戶端收到資訊了；客戶端程式先建立socket套接字，然後去連線本機的IP和6688埠程序，連線成功後等待控制檯輸入資料，接受到輸入的資料後傳送到服務端，然後結束連線。

• 原始碼

       先新建一個server.py檔案，這個檔案裡寫服務端功能程式，如下：

import socket


# 建立一個socket套接字，該套接字還沒有建立連線
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 繫結監聽埠
server.bind(('localhost', 6688))
# 開始監聽，並設定最大連線數
server.listen(5)
# 獲取未建立連線的服務端的IP和埠資訊
print(server.getsockname())
# 下面註釋掉的是獲取未建立連線的服務端套接字的遠端IP和埠資訊，執行下面語句會報錯，原因就是現在還沒有遠端客戶端程式連線
# print(server.getpeername())

print(u'waiting for connect...')
# 等待連線，一旦有客戶端連線後，返回一個建立了連線後的套接字和連線的客戶端的IP和埠元組
connect, (host, port) = server.accept()
# 現在建立連線就可以獲取這兩個資訊了，注意server和connect套接字的區別，一個是未建立連線的套接字，一個是已經和客戶端建立了連線的套接字
peer_name = connect.getpeername()
sock_name = connect.getsockname()
print(u'the client %s:%s has connected.' % (host, port))
print('The peer name is %s and sock name is %s' % (peer_name, sock_name))

# 接受客戶端的資料
data = connect.recv(1024)
# 傳送資料給客戶端告訴他接收到了
connect.sendall(b'your words has received.')
print(b'the client say:' + data)

# 結束socket
server.close()

       然後建立一個client.py檔案，實現客戶端程式，內容如下：

import socket


# 建立一個socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 主動去連線本機IP和埠號為6688的程序，localhost等效於127.0.0.1，也就是去連線本機埠為6688的程序
client.connect(('localhost', 6688))

# 接受控制檯的輸入
data = input()
# 對資料進行編碼格式轉換，不然報錯
data = data.encode('utf-8')
# 傳送資料
client.sendall(data)
# 接收服務端的反饋資料
rec_data = client.recv(1024)
print(b'form server receive:' + rec_data)

client.close()

• 執行結果

       其中左邊為服務端執行結果，右邊為客戶端執行結果，右邊的hello是手動輸入然後回車。

結語

       到此初步的使用已經差不多了，不過上述程式碼只能是一對一的通訊，一對多不是本篇部落格的內容，因為客戶端一般都不會只有一個，所以這個一對一不能滿足我們的常用需求，後面的部落格將會介紹多執行緒實現多客戶端連線伺服器，與伺服器通訊。在下一篇部落格會講解和實現區域網內兩臺裝置，廣域網之間，區域網與廣域網之間裝置的通訊。

下一篇：Python Socket網路程式設計（二）區域網內和區域網與廣域網的持續通訊