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客户端/服务器架构
所谓服务器就是一系列硬件或软件,为一个或多个客户端(服务的用户)提供所需要的'服务'。它存在的唯一目的就是等待客户端的请求,并响应它们(提供服务),然后等待更多的请求。另一方面,客户端因特定的请求而联系服务器,并发送必要的数据,然后等待服务器的回应,最后完成请求或给出故障信息。服务器无限地运行下去,并不断地处理请求;而客户端会进行一次性请求,然后接收该服务,最后结束他们之间的事务。
目前最常见的客户端/服务器架构如图所示,其中描绘了多个客户端通过互联网从一台服务器上检索信息。
套接字(socket)是计算机网络数据结构,它体现了'通信端点'的概念。在没有任何类型的通信开始之前,网络应用程序必须创建套接字。可以将它们比作电话插孔,没有它将无法通信。
socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,对于文件用打开、读写、关闭模式来操作。socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)。套接字通常有两种类型:基于文件的和面向网络的。
第一种类型是基于文件的AF_UNIX,其主要用于同一计算机中的两个进程间通信;第二种是面向网络的AF_INET,主要用于互联网上计算机之间的通信。
通常网络套接字分为面向连接的套接字与无连接的套接字。面向连接的通信提供序列化的、可靠的和不重复的数据交付,而没有记录边界。实现这种连接类型的主要协议是传输控制协议(TCP)。为了创建TCP套接字,必须使用SOCK_STREAM作为套接字类型。
与传输控制协议形成对比的是数据报类型的套接字,它是一种无连接的套接字。这意味着,在通信开始之前并不需要建立连接。此时,在数据传输过程并无法保证它的顺序性、可靠性或者重复性。然而,数据报保存了记录边界,这意味着消息是以整体发送的,而并非分成多个片段。实现这种连接类型的主要协议是用户数据报(UDP)。为了创建UDP套接字,必须使用SOCK_DGRAM作为套接字类型。
Python中的网络编程
s=socket(family,type, proto=0)
参数一:地址簇 socket.AF_INET IPv4(默认) socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信 参数二:连接类型 socket.SOCK_STREAM 流式socket , for TCP (默认) socket.SOCK_RAW 原始套接字,普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文,而SOCK_RAW可以 ;其次,SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文;利用原始套接字,可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。 参数三:协议 0 (默认)与特定的地址家族相关的协议,如果是0,则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议 |
服务器套接字方法
s.bind(address) | 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下,以元组 (host,port)的形式表示地址。 |
s.listen(backlog) | 开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,可以挂起的最大连接数量。 |
s.accept() | 接受连接并返回(conn,address),其中conn是新的套接字对象,可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。接收TCP客户的连接(阻塞式)等待连接的到来 |
客户端套接字方法
s.connect(address) | 连接到address处的套接字。address的格式为元组(hostname,port),如果连接出错,返回socket.error错误。 |
s.connect_ex(address) | 同上,只不过会有返回值,连接成功时返回0,连接失败时候返回编码,而不是抛出一个异常。 |
普通的套接字方法
s.recv(bufsize[,flag]) | 接收套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。 |
s.recv_into() | 接收TCP消息到指定的缓存区。 |
sk.recvfrom(bufsize[.flag]) | 与recv()类似,但返回值是(data,address)。其中data是包含接收数据的字符串,address是发送数据的套接字地址。 |
s.send(string[,flag]) | 将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量,该数量可能小于string的字节大小。即:可能未将指定内容全部发送 。 |
s.sendall(string[,flag]) | 将string中的数据发送到连接的套接字,但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None,失败则抛出异常。内部通过递归调用 send,将所有内容发送出去。 |
s.sendto(string[,flag],address) | 将数据发送到套接字,address是形式为(ipaddr,port)的元组,指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。 |
s.close() | 关闭套接字 |
s.getpeername() | 返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port) |
s.getsockname() | 返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port) |
面向阻塞的套接字方法
s.setblocking(bool) | 是否阻塞(默认True),如果设置False,那么accept和recv时一旦无数据,则报错。 |
s.settimeout(timeout) | 设置套接字操作的超时期,timeout是一个浮点数,单位是秒。值为 None表示没有超时期。一般,超时期应该在刚创建套接字时设置,因为它们可能用于连接的操作(如 client 连接最多等待5s) |
s.gettimeout() | 获取阻塞套接字操作的超时时间 |
面向文件的套接字方法
s.fileno() | 套接字的文件描述符 |
s.makefile() | 创建套接字关联的文件对象 |
创建TCP服务器与客户端
服务器端:
# !/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- ''' 这个脚本创建TCP服务器,它接收来自客户端的消息并打印在终端,返回当前时间戳 ''' from socket import * from time import ctime HOST = '' PORT = 12345 BUFSIZ = 1024 ADDR = (HOST,PORT) tcpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcpSerSock.bind(ADDR) tcpSerSock.listen(5) while True: print('waiting for connection...') tcpCliSock,addr=tcpSerSock.accept() print('...connected from:',addr) while True: data=tcpCliSock.recv(BUFSIZ) print(str(data,'utf-8')) if not data: break tcpCliSock.send(bytes(ctime(),'utf-8')) tcpCliSock.close() tcpSerSock.close()
客户端:
# !/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- from socket import * HOST = '127.0.0.1' PORT = 12345 BUFSIZ = 1024 ADDR = (HOST,PORT) tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcpCliSock.connect(ADDR) while True: data = input('> ') if not data: break tcpCliSock.send(bytes(data,'utf-8')) data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ) if not data: break print(str(data,'utf-8')) tcpCliSock.close()
运行结果:
服务器端:
waiting for connection... ...connected from: ('127.0.0.1', 62735) 123 1234 3453 45 567
客户端:
> 123 Sat May 6 21:31:06 2017 > 1234 Sat May 6 21:32:44 2017 > 3453 Sat May 6 21:32:46 2017 > 45 Sat May 6 21:32:47 2017 > 567 Sat May 6 21:32:48 2017 >
创建UDP客户端与服务器
服务器端:
#!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- from socket import * from time import ctime ''' 这个脚本创建UDP服务器,接收来自客户端的消息并打印在终端,返回当前时间戳 ''' HOST = '' PORT = 12345 BUFSIZ = 1024 ADDR = (HOST,PORT) udpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) udpSerSock.bind(ADDR) while True: print('waiting for message... ') data,addr = udpSerSock.recvfrom(BUFSIZ) print(str(data,'utf-8')) udpSerSock.sendto(bytes(ctime(),'utf-8'),addr) print('...received form and return to:',addr) udpSerSock.close()
客户端:
#!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- from socket import * HOST = 'localhost' PORT = 12345 BUFSIZ = 1024 ADDR = (HOST,PORT) udpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) while True: data=input('>') if not data: break udpCliSock.sendto(bytes(data,'utf-8'),ADDR) data,ADDR=udpCliSock.recvfrom(BUFSIZ) if not data: break print(str(data,'utf-8')) udpCliSock.close()
输出结果:
服务器端:
waiting for message... 123 ...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765) waiting for message... 12334 ...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765) waiting for message... 123 ...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765) waiting for message... 14 ...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765) waiting for message... 234 ...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765) waiting for message... 5 ...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765) waiting for message...
客户端:
>123 Sun May 7 11:59:46 2017 >12334 Sun May 7 12:02:32 2017 >123 1Sun May 7 12:02:33 2017 >4 2Sun May 7 12:02:34 2017 >34 Sun May 7 12:02:34 2017 >5 Sun May 7 12:02:35 2017 >
SocketServer模块
SocketServer是标准库中的一个高级模块,它的目的是简化很多样板代码,它们是创建网络客户端和服务器必须的代码。这个模块中有各种各样的类,这些类帮助程序员隐藏具体的实现细节,除此之外以面相对象的方式处理事务有助于组织数据,以及逻辑性地将功能放在正确的地方。在python3中SocketServer改名为socketserver。
各个类之间的继承关系:
| BaseServer | | v | TCPServer |------->| UnixStreamServer | | v | UDPServer |------->| UnixDatagramServer |
类 | 描述 |
BaseServer | 包含核心服务器功能和mix-in类的钩子,仅用于推导,这样不会创建这个类的实例:可以用TCPServer或UDPServer创建类的实例 |
TCPServer/UDPServer | 基于的网络同步TCP/UDP服务器 |
UnixStreamServer / UnixDatagramServer | 基于文件的基础同步TCP/UDP服务器 |
上面四个服务类都是同步处理请求的,即一个请求没处理完不能处理下一个请求。当要想支持异步模型,可以利用多继承让server类继承ForkingMixIn或ThreadingMixIn类。
类 | 描述 |
ForkingMixIn/ ThreadingMixIn | 核心派出或线程功能:只作用mix-in类域一个服务器类配合实现一些异步性;不能直接实例化。 |
ForkingTCPServer/ ForkingUDPServer | ForkingMixIn和TCPServer/UDPServer的组合,利用多进程实现异步 |
ThreadingTCPServer/ ThreadingUDPServer | ThreadingMixIn和TCPServer/UDPServer的组合,利用多线程实现异步 |
在SocketServer模块中,服务器处理请求主要通过BaseRequestHandler类来实现,在这个类中有多个处理函数可以使用。
setup()
在handle()方法之前调用执行请求的初始化动作,默认不执行任何操作。
handle()
此函数必须完成对服务器所有的请求工作,有些实例属性对其可获得,
请求通过self.request函数,
客户端地址通过self.client_address函数,
服务器实例通过self.server函数,
self.request对于流服务self.request是套接字对象,对于数据报文self.request是一系列字符串和套接字。
finish()
在handle()函数后调用此方法,执行请求后的清理操作,默认不执行任何操作,如果setup()出现异常,此函数不会被调用。
服务器端实例:
#!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- ''' 通过socketserver类、TCPServer和StreamRequestHandler,该脚本创建时间戳TCP服务器 ''' from socketserver import (TCPServer as TCP, StreamRequestHandler as SRH) from time import ctime HOST = '' PORT = 12345 ADDR = (HOST,PORT) class MyRequestHandler(SRH): def setup(self): print('处理请求前!!!') def handle(self): conn=self.request print('...connected from:',self.client_address) print(str(conn.recv(1024),'utf-8')) conn.send(bytes(ctime(),'utf-8')) def finish(self): print('处理请求后!!!') print('----------------------') tcpServ = TCP(ADDR,MyRequestHandler) print('waiting for connection...') tcpServ.serve_forever()
客户端实例:
#!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- from socket import * HOST = 'localhost' PORT = 12345 BUFSIZ = 1024 ADDR = (HOST,PORT) while True: tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcpCliSock.connect(ADDR) data=input('>') if not data: break tcpCliSock.send(bytes(data,'utf-8')) data=tcpCliSock.recv(BUFSIZ) if not data: break print(str(data,'utf-8')) tcpCliSock.close()
运行结果:
服务器端:
waiting for connection... 处理请求前!!! ...connected from: ('127.0.0.1', 62042) 1223 处理请求后!!! ---------------------- 处理请求前!!! ...connected from: ('127.0.0.1', 62051) 123 处理请求后!!! ---------------------- 处理请求前!!! ...connected from: ('127.0.0.1', 62052) 5435 处理请求后!!! ---------------------- 处理请求前!!! ...connected from: ('127.0.0.1', 62053) 574 处理请求后!!! ---------------------- 处理请求前!!! ...connected from: ('127.0.0.1', 62054) 68 处理请求后!!! ----------------------
客户端:
>1223 Sun May 7 13:01:45 2017 >123 Sun May 7 13:01:46 2017 >5435 Sun May 7 13:01:47 2017 >574 Sun May 7 13:01:48 2017 >68 Sun May 7 13:01:49 2017 >
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