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Head for State of The Art

一個簡單的python socket程式設計

一、套接字

套接字是為特定網路協議(例如TCP/IP,ICMP/IP,UDP/IP等)套件對上的網路應用程式提供者提供當前可移植標準的物件。它們允許程式接受並進行連線,如傳送和接受資料。為了建立通訊通道,網路通訊的每個端點擁有一個套接字物件極為重要。

套接字為BSD UNIX系統核心的一部分,而且他們也被許多其他類似UNIX的作業系統包括Linux所採納。許多非BSD UNIX系統(如ms-dos,windows,os/2,mac os及大部分主機環境)都以庫形式提供對套接字的支援。

三種最流行的套接字型別是:stream,datagram和raw。stream和datagram套接字可以直接與TCP協議進行介面,而raw套接字則介面到IP協議。但套接字並不限於TCP/IP。

二、套接字模組

套接字模組是一個非常簡單的基於物件的介面,它提供對低層BSD套接字樣式網路的訪問。使用該模組可以實現客戶機和伺服器套接字。要在python 中建立具有TCP和流套接字的簡單伺服器,需要使用socket模組。利用該模組包含的函式和類定義,可生成通過網路通訊的程式。一般來說,建立伺服器連線需要六個步驟。

第1步是建立socket物件。呼叫socket建構函式。

socket=socket.socket(familly,type)

family的值可以是AF_UNIX(Unix域,用於同一臺機器上的程序間通訊),也可以是AF_INET(對於IPV4協議的TCP和 UDP),至於type引數,SOCK_STREAM(流套接字)或者 SOCK_DGRAM(資料報文套接字),SOCK_RAW(raw套接字)。

第2步則是將socket繫結(指派)到指定地址上,socket.bind(address)

address必須是一個雙元素元組,((host,port)),主機名或者ip地址+埠號。如果埠號正在被使用或者保留,或者主機名或ip地址錯誤,則引發socke.error異常。

第3步,繫結後,必須準備好套接字,以便接受連線請求。

socket.listen(backlog)

backlog指定了最多連線數,至少為1,接到連線請求後,這些請求必須排隊,如果佇列已滿,則拒絕請求。

第4步,伺服器套接字通過socket的accept方法等待客戶請求一個連線:

connection,address=socket.accept()

呼叫accept方法時,socket會進入'waiting'(或阻塞)狀態。客戶請求連線時,方法建立連線並返回伺服器。accept方法返回一個含有倆個元素的元組,形如(connection,address)。第一個元素(connection)是新的socket物件,伺服器通過它與客戶通訊;第二個元素(address)是客戶的internet地址。

第5步是處理階段,伺服器和客戶通過send和recv方法通訊(傳輸資料)。伺服器呼叫send,並採用字串形式向客戶傳送資訊。send方法返回已傳送的字元個數。伺服器使用recv方法從客戶接受資訊。呼叫recv時,必須指定一個整數來控制本次呼叫所接受的最大資料量。recv方法在接受資料時會進入'blocket'狀態,最後返回一個字串,用它來表示收到的資料。如果傳送的量超過recv所允許,資料會被截斷。多餘的資料將緩衝於接受端。以後呼叫recv時,多餘的資料會從緩衝區刪除。

第6步,傳輸結束,伺服器呼叫socket的close方法以關閉連線。

建立一個簡單客戶連線則需要4個步驟。

第1步,建立一個socket以連線伺服器 socket=socket.socket(family,type)

第2步,使用socket的connect方法連線伺服器 socket.connect((host,port))

第3步,客戶和伺服器通過send和recv方法通訊。

第4步,結束後,客戶通過呼叫socket的close方法來關閉連線。 
python 編寫server的步驟:

第一步是建立socket物件。呼叫socket建構函式。如:

socket = socket.socket( family, type )

family引數代表地址家族,可為AF_INET或AF_UNIX。AF_INET家族包括Internet地址,AF_UNIX家族用於同一臺機器上的程序間通訊。
type引數代表套接字型別,可為SOCK_STREAM(流套接字)和SOCK_DGRAM(資料報套接字)。

第二步是將socket繫結到指定地址。這是通過socket物件的bind方法來實現的:

socket.bind( address )

由AF_INET所建立的套接字,address地址必須是一個雙元素元組,格式是(host,port)。host代表主機,port代表埠號。如果埠號正在使用、主機名不正確或埠已被保留,bind方法將引發socket.error異常。

第三步是使用socket套接字的listen方法接收連線請求。

socket.listen( backlog )

backlog指定最多允許多少個客戶連線到伺服器。它的值至少為1。收到連線請求後,這些請求需要排隊,如果佇列滿,就拒絕請求。

第四步是伺服器套接字通過socket的accept方法等待客戶請求一個連線。

connection, address = socket.accept()

調 用accept方法時,socket會時入“waiting”狀態。客戶請求連線時,方法建立連線並返回伺服器。accept方法返回一個含有兩個元素的 元組(connection,address)。第一個元素connection是新的socket物件,伺服器必須通過它與客戶通訊;第二個元素 address是客戶的Internet地址。
第五步是處理階段,伺服器和客戶端通過send和recv方法通訊(傳輸 資料)。伺服器呼叫send,並採用字串形式向客戶傳送資訊。send方法返回已傳送的字元個數。伺服器使用recv方法從客戶接收資訊。呼叫recv 時,伺服器必須指定一個整數,它對應於可通過本次方法呼叫來接收的最大資料量。recv方法在接收資料時會進入“blocked”狀態,最後返回一個字元 串,用它表示收到的資料。如果傳送的資料量超過了recv所允許的,資料會被截短。多餘的資料將緩衝於接收端。以後呼叫recv時,多餘的資料會從緩衝區 刪除(以及自上次呼叫recv以來,客戶可能傳送的其它任何資料)。
傳輸結束,伺服器呼叫socket的close方法關閉連線。
python編寫client的步驟:
建立一個socket以連線伺服器:socket = socket.socket( family, type )

使用socket的connect方法連線伺服器。對於AF_INET家族,連線格式如下:

socket.connect( (host,port) )

host代表伺服器主機名或IP,port代表伺服器程序所繫結的埠號。如連線成功,客戶就可通過套接字與伺服器通訊,如果連線失敗,會引發socket.error異常。
處理階段,客戶和伺服器將通過send方法和recv方法通訊。
傳輸結束,客戶通過呼叫socket的close方法關閉連線。
下面給個簡單的例子:

server.py
python 程式碼

if __name__ == '__main__':
import socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.bind(('localhost', 8001))
sock.listen(5)
while True:
connection,address = sock.accept()
try:
connection.settimeout(5)
buf = connection.recv(1024)
if buf == '1':
connection.send('welcome to server!')
else:
connection.send('please go out!')
except socket.timeout:
print 'time out'
connection.close()

client.py
python 程式碼

if __name__ == '__main__':
import socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(('localhost', 8001))
import time
time.sleep(2)
sock.send('1')
print sock.recv(1024)
sock.close()

在終端執行server.py,然後執行clien.py,會在終端列印“welcome to server!"。如果更改client.py的sock.send('1')為其它值在終端會列印”please go out!“,更改time.sleep(2)為大於5的數值, 伺服器將會超時。

舉例:
服務端:
#socket server端
#獲取socket構造及常量
from socket import *
#''代表伺服器為localhost
myHost = ''
#在一個非保留埠號上進行監聽
myPort = 50007

#設定一個TCP socket物件
sockobj = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
#繫結它至埠號
sockobj.bind((myHost, myPort))
#監聽,允許5個連結
sockobj.listen(5)

#直到程序結束時才結束迴圈
while True:
    #等待下一個客戶端連結
    connection, address = sockobj.accept( )
    #連結是一個新的socket
    print 'Server connected by', address
    while True:
        #讀取客戶端套接字的下一行
        data = connection.recv(1024)
        #如果沒有數量的話,那麼跳出迴圈
        if not data: break
        #傳送一個回覆至客戶端
        connection.send('Echo=>' + data)
    #當socket關閉時eof
    connection.close( )

客戶端:
import sys
from socket import *
serverHost = 'localhost'
serverPort = 50007

#傳送至服務端的預設文字
message = ['Hello network world']
#如果引數大於1的話,連結的服務端為第一個引數
if len(sys.argv) > 1:
    serverHost = sys.argv[1]
    #如果引數大於2的話,連結的文字為第二個引數
    if len(sys.argv) > 2:
        message = sys.argv[2:]

#建立一個tcp/ip套接字物件
sockobj = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
#連結至伺服器及埠
sockobj.connect((serverHost, serverPort))

for line in message:
    #經過套按字傳送line至服務端
    sockobj.send(line)
    #從服務端接收到的資料,上限為1k
    data = sockobj.recv(1024)
    #確認他是引用的,是'x'
    print 'Client received:', repr(data)

#關閉套接字
sockobj.close( )