Socket 是进程间通信的一种方式,它与其他进程间通信的一个主要不同是:它能实现不同主机间的进程间通信,我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket 来完成通信的,例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email 等等。要解决网络上两台主机之间的进程通信问题,首先要唯一标识该进程,在 TCP/IP 网络协议中,就是通过 (IP地址,协议,端口号) 三元组来标识进程的,解决了进程标识问题,就有了通信的基础了。

本文主要介绍使用 Python 进行 TCP Socket 网络编程,假设你已经具有初步的网络知识及 Python 基本语法知识。

TCP 是一种面向连接的传输层协议,TCP Socket 是基于一种 Client-Server 的编程模型,服务端监听客户端的连接请求,一旦建立连接即可以进行传输数据。那么对 TCP Socket 编程的介绍也分为客户端和服务端:

客户端编程

创建 socket

首先要创建 socket,用 Python 中 socket 模块的函数 socket 就可以完成:

#Socket client example in python

import socket   #for sockets

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) print 'Socket Created'

函数 socket.socket 创建一个 socket,返回该 socket 的描述符,将在后面相关函数中使用。该函数带有两个参数:

  • Address Family:可以选择 AF_INET(用于 Internet 进程间通信) 或者 AF_UNIX(用于同一台机器进程间通信)
  • Type:套接字类型,可以是 SOCKET_STREAM(流式套接字,主要用于 TCP 协议)或者SOCKET_DGRAM(数据报套接字,主要用于 UDP 协议)

注:由于本文主要概述一下 Python Socket 编程的过程,因此不会对相关函数参数、返回值进行详细介绍,需要了解的可以查看相关手册

错误处理

如果创建 socket 函数失败,会抛出一个 socket.error 的异常,需要捕获:

#handling errors in python socket programs

import socket   #for sockets
import sys #for exit try:
#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error, msg:
print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]
sys.exit(); print 'Socket Created'

那么到目前为止已成功创建了 socket,接下来我们将用这个 socket 来连接某个服务器,就连 www.google.com 吧。

连接服务器

本文开始也提到了,socket 使用 (IP地址,协议,端口号) 来标识一个进程,那么我们要想和服务器进行通信,就需要知道它的 IP地址以及端口号。

获得远程主机的 IP 地址

Python 提供了一个简单的函数 socket.gethostbyname 来获得远程主机的 IP 地址:

host = 'www.google.com'
port = 80 try:
remote_ip = socket.gethostbyname( host ) except socket.gaierror:
#could not resolve
print 'Hostname could not be resolved. Exiting'
sys.exit() print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip

现在我们知道了服务器的 IP 地址,就可以使用连接函数 connect 连接到该 IP 的某个特定的端口上了,下面例子连接到 80 端口上(是 HTTP 服务的默认端口):

#Connect to remote server
s.connect((remote_ip , port)) print 'Socket Connected to ' + host + ' on ip ' + remote_ip

运行该程序:

$ python client.py
Socket created
Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145

发送数据

上面说明连接到 www.google.com 已经成功了,接下面我们可以向服务器发送一些数据,例如发送字符串GET / HTTP/1.1\r\n\r\n,这是一个 HTTP 请求网页内容的命令。

#Send some data to remote server
message = "GET / HTTP/1.1\r\n\r\n" try :
#Set the whole string
s.sendall(message)
except socket.error:
#Send failed
print 'Send failed'
sys.exit() print 'Message send successfully'

发送完数据之后,客户端还需要接受服务器的响应。

接收数据

函数 recv 可以用来接收 socket 的数据:

#Now receive data
reply = s.recv(4096) print reply

一起运行的结果如下:

Socket created
Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145
Message send successfully
HTTP/1.1 302 Found
Cache-Control: private
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Location: http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ
Content-Length: 262
Date: Thu, 11 Dec 2014 08:47:58 GMT
Server: GFE/2.0
Alternate-Protocol: 80:quic,p=0.02 <HTML><HEAD><meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
<TITLE>302 Moved</TITLE></HEAD><BODY>
<H1>302 Moved</H1>
The document has moved
<A HREF="http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ">here</A>.
</BODY></HTML>

关闭 socket

当我们不想再次请求服务器数据时,可以将该 socket 关闭,结束这次通信:

s.close()

小结

上面我们学到了如何:

  1. 创建 socket
  2. 连接到远程服务器
  3. 发送数据
  4. 接收数据
  5. 关闭 socket

当我们打开 www.google.com 时,浏览器所做的就是这些,知道这些是非常有意义的。在 socket 中具有这种行为特征的被称为CLIENT,客户端主要是连接远程系统获取数据。

socket 中另一种行为称为SERVER,服务器使用 socket 来接收连接以及提供数据,和客户端正好相反。所以 www.google.com 是服务器,你的浏览器是客户端,或者更准确地说,www.google.com 是 HTTP 服务器,你的浏览器是 HTTP 客户端。

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