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一文带你使用 Python 实现Socket编程

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「这是我参与2022首次更文挑战的第32天,活动详情查看:2022首次更文挑战

整个计算机网络都是由协议组成。

其实可以把协议类比成我们人类用的语言,我们和老外交流,双方得说一样的语言,就好像遵从同样的“协议”。网络上的两台机器之间要交流,也是如此。

七层网络模型——OSI标准

OSI 七层模型是一个标准,规定了机器(主要是电脑)之间如何通信。因此假如你想要让你的洗碗机和洗衣机通信的话,就需要遵从 OSI 模型,或者至少从 OSI 模型获得启发。这意味着需要遵从分层的通信方式。

一文带你使用 Python 实现Socket编程 关于这七层模型,有一个记忆口诀: All People Seem To Need Data Processing

翻译成英语是“似乎所有人都需要数据处理”。这一句话由七个英语单词组成,每一个的首字母正好是按第 7 层到第 1 层的首字母的顺序。

记忆解释
AllApplication
PeoplePresentation
SeemSession
ToTransport
NeedNetwork
DateDatelink
ProcessPhysical

当然,👨‍🎓标准和实际应用还是有区别的,实际运用起来是如下的五层网络模型。

五层网络模型

OSI功能TCP/IP协议
应用层文件传输、电子邮件、文件服务HTTP、FTP、STMTP、DNS、Telmet等
传输层提供端对端的接口TCP、UDP
网络层为数据包选择路由IP、ICMP等
数据链路层传输有地址的帧、错误检测功能ARP 等
物理层物理媒体1000BASE-SX等

比如: A客户端 -- B服务器传输数据: 首先经过应用层, 往下,到达传输层,所有的都会经过传输 往下网络层,路由选择 数据链路层,中继器,路由器 最后到达物理层,网线 或者 无线电波

由下往上,数据组包,组好数据-->字符串或者JSON数据,

我们用到最多的是应用层协议,

根据IP地址到 Web服务器-->操作系统-->80端口-->Ngix-->UWSGI

解析地址--DNS,通过域名查询IP协议。 浏览器实现了HTTP协议

聊天工具与HTTP协议不一样,如果直接与底层协议打交道,编程复杂

操作系统给我们提供了SOCKET,一种API,方便直接跟传输层打交道。

实现自己的应用功能,HTTP协议单向,Socket编程的意义。Socket本身并不是协议,是工具,用于连接应用和TCP/UDP打交道,从而实现自己的协议。

Client和Server实现通信

TCP服务器和客户端连接图如下: 一文带你使用 Python 实现Socket编程

Python Socket编程

一文带你使用 Python 实现Socket编程

简易通信:

  1. 创建一个服务器server_socket.py,绑定本地IP,端口9999,然后进行服务监听,然后等待客户端发送数据,并打印从客户端接收到的数据。
# server_socket.py
import socket


# 创建套接字
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定IP和端口,元组存储地址和端口
server.bind(('0.0.0.0', 9999))
# 服务端监听
server.listen()
# accept接受到用户的请求
sock, addr = server.accept()
# 接受从客户端发送的数据,一次获取1k的数据
data = sock.recv(1024)
# 打印接收的数据
print(data.decode('utf8'))
# 关闭服务器连接
server.close()
  1. 创建客户端client_socket.py,向本地IP,9999端口发起连接
# client_socket.py
import socket


# 创建套接字
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 要连接的服务器
client.connect(('127.0.0.1', 9999))
# 要发送的数据
client.send('Hello, Server'.encode('utf8'))
# 关闭连接
client.close()

先运行服务器程序,然后允许客户端程序,再回到服务器端控制台,可以看到如下输出: 一文带你使用 Python 实现Socket编程

双向通信:

# socket_server.py
import socket


# 创建套接字
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定IP和端口,元组存储地址和端口
server.bind(('0.0.0.0', 8888))
# 服务端监听
server.listen()
# accept接受到用户的请求
sock, addr = server.accept()
# 循环发送与接收消息
while True:
    # 接受从客户端发送的数据,一次获取1k的数据
    data = sock.recv(1024)
    # 打印客户端接收的数据
    print('客户端:', data.decode('utf8'))
    # 服务器发送给客户端的数据
    re_data = input('服务器:')
    sock.send(re_data.encode('utf8'))
# client_socket.py
import socket


# 创建套接字
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 要连接的服务器
client.connect(('127.0.0.1', 8888))
while True:
    # 要发送的数据
    re_data = input('客户端:')
    client.send(re_data.encode('utf8'))
    # 要接收的数据
    data = client.recv(1024)
    print('服务端:', data.decode('utf8'))

我们还是先运行服务器代码socket_server.py,接着运行客户端client_socket.py

  1. 客户端给服务器发送:你好,服务器。
  2. 在服务器端收到信息后,回复一个:Hello,客户端
  3. 客户端再给服务端:一起来聊天吧

演示如下:

一文带你使用 Python 实现Socket编程

一文带你使用 Python 实现Socket编程

通过这个过程,实现了单个客户端与服务器的通信,如果说一个服务器程序想同时跟多个客户端交互,就需要利用到多线程编程,这里先不讲。

Socket编程是网络编程的重要组成部分,掌握异步IO和协程的前提,关于Socket编程还有更多内容等着学习。

大佬们都推荐的书籍: TCP/IP 详解 卷一:协议

转载自:https://juejin.cn/post/7066050305711931406
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