- socket是什么？
- 服务器和客户端通信的流程
- python 实现TCP socket通信例子
- 关于Host和PORT的设置
- socket函数
- socket编程思路
- 基于TCP socket的HTTP服务器
- 分析HTTP服务器代码
- 服务器的response文本
- 客户端的request文本
- 分析运行结果
由下图可理解：Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。
复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
服务器和客户端通信的流程由下图可理解服务器和客户端通信的流程：
服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。
在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。
客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
网络中进程之间通信:
首要解决的问题是如何唯一标识一个进程。
TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，
网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，
而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。
这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
一个socket包含四个地址信息: 两台计算机的IP地址和两个进程所使用的端口(port)。IP地址用于定位计算机，而port用于定位进程。
python 实现TCP socket通信例子在互联网上，我们可以让某台计算机作为服务器。
服务器开放自己的端口，被动等待其他计算机连接。
当其他计算机作为客户，主动使用socket连接到服务器的时候，服务器就开始为客户提供服务。
在Python中，我们使用标准库中的socket包来进行底层的socket编程。
服务器端：使用bind()方法来赋予socket以固定的地址和端口，并使用listen()方法来被动的监听该端口。当有客户尝试用connect()方法连接的时候，服务器使用accept()接受连接，从而建立一个连接的socket：
import socket
HOST = ''
PORT = 8000
reply = 'Yes'
'''
socket.socket()创建一个socket对象，
并说明socket使用的是IPv4(AF_INET，IP version 4)
和TCP协议(SOCK_STREAM)。
'''
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(3)
conn, addr = s.accept()
request = conn.recv(1024)
print('request is:', request.decode())
print('Connected by:', addr)
conn.sendall(reply.encode())
conn.close()
客户端：主动使用connect()方法来搜索服务器端的IP地址和端口，以便客户可以找到服务器，并建立连接:
import socket
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 8000
request = 'can you hear me?'
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))
'''
TypeError: a bytes-like object is required, not 'str'
解决办法：
str→bytes：encode()方法。str通过encode()方法可以转换为bytes。
bytes→str: decode()方法。bytes通过decode()方法可以转换为str。
'''
s.sendall(request.encode())
reply = s.recv(1024)
# send 函数的参数和 recv 函数的返回值都是 bytes 类型
print('reply is:', reply.decode())
s.close()
服务器端运行结果：
request is: can you hear me?
Connected by: ('127.0.0.1', 1489)
客户端运行结果：
reply is: 'Yes'关于Host和PORT的设置
我本机的ipv4地址是10.1.173.8。我把服务器和客户端都放到一个电脑上。
我测试了一下，在客户端代码中，我设置HOST = ‘10.1.173.8’。
然后，运行客户端和服务器代码，产生和HOST = '127.0.0.1’同样结果。
也就是说，客户端的HOST，为客户端IP想要connect的IP。
为了证明这一想法，我把客户端设置成HOST = ‘10.1.172.1’
再次运行，出现报错：
s.connect((HOST, PORT))
TimeoutError: [WinError 10060] 由于连接方在一段时间后没有正确答复或连接的主机没有反应，连接尝试失败。
可见，如果没有两台计算机做实验，可以将客户端IP想要connect的IP改为"127.0.0.1"，这是个特殊的IP地址，用来连接当地主机。
而且，如果知道服务器的IP，那么也就可以在客户端直接设置HOST = 服务器的ip
下面我测试一下端口号PORT：
服务器端和客户端 端口号都相同时候，可以建立连接。而且端口的数不会影响连接，都是8000和都是8080，都能连上。
端口号不同就连接不上。
socket函数| 服务端socket函数 | 描述 |
|---|---|
| s.bind(address) | 将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址. |
| s.listen(backlog) | 开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。 |
| s.accept() | 接受TCP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。 |
| 客户端socket函数 | 描述 |
|---|---|
| s.connect() | 主动初始化TCP服务器连接。一般address的格式为元组（主机/ip,port），如果连接出错，返回socket.error错误。 |
| s.connect_ex() | connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常 |
| 公共socket函数 | 描述 |
|---|---|
| s.recv() | socket.recv(bufsize[, flags])，从套接字接收数据。返回值是表示接收到的数据的bytes对象。bufsize指定一次接收的最大数据量。一般为1024开始 |
| s.send() | 发送数据，将数据发送到socket套接字。(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完) |
| s.sendall() | 发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完) |
| s.close() | 关闭socket 套接字 |
TCP服务端：
1 创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口
# socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.bind()
2 开始监听连接 #s.listen()
3 进入循环，不断接受客户端的连接请求 #s.accept()
4 然后接收传来的数据，并发送给对方数据 #s.recv() , s.sendall()
5 传输完毕后，关闭套接字 #s.close()
TCP客户端:
1 创建套接字，连接远端地址
# socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.connect()
2 连接后发送数据和接收数据 # s.sendall(), s.recv()
3 传输完毕后，关闭套接字 #s.close()
基于TCP socket的HTTP服务器上面的例子中，使用TCP socket来为两台远程计算机建立连接。
然而，socket传输自由度太高，从而带来很多安全和兼容的问题。
往往利用一些应用层的协议(比如HTTP协议)来规定socket使用规则，以及所传输信息的格式。
HTTP协议利用请求-回应(request-response)的方式来使用TCP socket。
客户端向服务器发一段文本作为request，服务器端在接收到request之后，向客户端发送一段文本作为response。
在完成了这样一次request-response交易之后，TCP socket被废弃。
下次的request将建立新的socket。
request和response本质上说是两个文本，只是HTTP协议对这两个文本都有一定的格式要求。
import socket HOST = '' PORT = 8000 text_content = b'''HTTP/1.x 200 OK Content-Type: text/htmlWOW Wow, Python Server
''' f = open('test.jpg', 'rb') pic_content = b''' HTTP/1.x 200 OK Content-Type: image/jpg ''' pic_content = pic_content+f.read() f.close() s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.bind((HOST, PORT)) while True: s.listen(3) conn, addr = s.accept() request = conn.recv(1024) method = request.decode().split(' ')[0] src = request.decode().split(' ')[1] if method == 'GET': if src == '/test.jpg': content = pic_content else: content = text_content print('Connected by', addr) print('Request is:', request) conn.sendall(content) conn.close()
为了配合上面的服务器程序，在放置Python程序的文件夹里，保存了一个test.jpg图片文件。
在终端运行上面的Python程序，作为服务器端。
再打开一个浏览器作为客户端。
在浏览器的地址栏输入:127.0.0.1:8000，也可以用另一台电脑，并输入服务器的IP地址。
可以看到：
分析HTTP服务器代码 服务器的response文本如我们上面所看到的，服务器会根据request向客户传输两条信息text_content和pic_content中的一条，作为response文本。
整个response分为**起始行(start line), 头信息(head)和主体(body)**三部分。
起始行就是第一行:
HTTP/1.x 200 OK
它实际上又由空格分为三个片段，HTTP/1.x表示所使用的HTTP版本，200表示状态(status code)，200是HTTP协议规定的，表示服务器正常接收并处理请求，OK是供人来阅读的status code。
头信息跟随起始行，它和主体之间有一个空行。这里的text_content或者pic_content都只有一行的头信息，text_content的头信息
Content-Type: text/html
表示主体信息的类型为html文本
而pic_content的头信息
Content-Type: image/jpg
说明主体的类型为jpg图片(image/jpg)。
主体信息为html或者jpg文件的内容。
(注意，对于jpg文件，我们使用’rb’模式打开，是为了与windows兼容。因为在windows下，jpg被认为是二进制(binary)文件，在UNIX系统下，则不需要区分文本文件和二进制文件。)
客户端的request文本用浏览器作为客户端。
request由客户端程序发给服务器。
尽管request也可以像response那样分为三部分，request的格式与response的格式并不相同。
request由客户发送给服务器，比如下面是一个request：
GET /test.jpg HTTP/1.x
Accept: text*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9rnSec-Fetch-Site: nonernSec-Fetch-Mode: navigaternSec-Fetch-User: ?1rnSec-Fetch-Dest: documentrnAccept-Encoding: gzip, deflate, brrnAccept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6rnrn'
Connected by ('127.0.0.1', 8177)
Request is: b'GET /test.jpg HTTP/1.1rnHost: 127.0.0.1:8000rnConnection: keep-alivernsec-ch-ua: "Chromium";v="94", "Microsoft Edge";v="94", ";Not A Brand";v="99"rnsec-ch-ua-mobile: ?0rnUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/94.0.4606.81 Safari/537.36 Edg/94.0.992.50rnsec-ch-ua-platform: "Windows"rnAccept: image/webp,image/apng,image/svg+xml,image*;q=0.8rnSec-Fetch-Site: same-originrnSec-Fetch-Mode: no-corsrnSec-Fetch-Dest: imagernReferer: http://127.0.0.1:8000/rnAccept-Encoding: gzip, deflate, brrnAccept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6rnrn'
Connected by ('127.0.0.1', 6015)
Request is: b'GET /favicon.ico HTTP/1.1rnHost: 127.0.0.1:8000rnConnection: keep-alivernPragma: no-cachernCache-Control: no-cachernsec-ch-ua: "Chromium";v="94", "Microsoft Edge";v="94", ";Not A Brand";v="99"rnsec-ch-ua-mobile: ?0rnUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/94.0.4606.81 Safari/537.36 Edg/94.0.992.50rnsec-ch-ua-platform: "Windows"rnAccept: image/webp,image/apng,image/svg+xml,image*;q=0.8rnSec-Fetch-Site: same-originrnSec-Fetch-Mode: no-corsrnSec-Fetch-Dest: imagernReferer: http://127.0.0.1:8000/rnAccept-Encoding: gzip, deflate, brrnAccept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6rnrn'
第三个请求 是因为浏览器默认都会去请求favicon.ico图标
favicon.ico 图标用于收藏夹图标和浏览器标签上的显示
上面的服务器程序中，用while循环来让服务器一直工作下去。实际上，还可以根据多线程的知识，将while循环中的内容改为多进程或者多线程工作。
服务器程序还不完善，还可以让Python程序调用Python的其他功能，以实现更复杂的功能。比如说制作一个时间服务器，让服务器向客户返回日期和时间。还可以使用Python自带的数据库，来实现一个完整的LAMP服务器。
socket包是比较底层的包。Python标准库中还有高层的包，比如SocketServer，SimpleHTTPServer，CGIHTTPServer，cgi。这些都包都是在帮助更容易的使用socket。如果已经了解了socket，那么这些包就很容易明白了。利用这些高层的包，可以写一个相当成熟的服务器。
