python网络编程学习笔记(三)：socket网络服务器

1、TCP连接的建立方法

客户端在建立一个TCP连接时一般需要两步，而服务器的这个过程需要四步，具体见下面的比较。

步骤	TCP客户端	TCP服务器
第一步	建立socket对象	建立socket对象
第二步	调用connect()建立一个和服务器的连接	设置socket选项（可选）
第三步	无	绑定到一个端口（也可以是一个指定的网卡）
第四步	无	侦听连接

下面具体来讲这四步的建立方法：

第一步，建立socket对象：这里与客户端一样，依然是：

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

第二步，设置和得到socket选项

python定义了setsockopt()和getsockopt()，一个是设置选项，一个是得到设置。这里主要使用setsockopt()，具体结构如下：

setsockopt(level,optname,value)

level定义了哪个选项将被使用。通常情况下是SOL_SOCKET，意思是正在使用的socket选项。它还可以通过设置一个特殊协议号码来设置协议选项，然而对于一个给定的操作系统，大多数协议选项都是明确的，所以为了简便，它们很少用于为移动设备设计的应用程序。

optname参数提供使用的特殊选项。关于可用选项的设置，会因为操作系统的不同而有少许不同。如果level选定了SOL_SOCKET，那么一些常用的选项见下表：

选项	意义	期望值
SO_BINDTODEVICE	可以使socket只在某个特殊的网络接口（网卡）有效。也许不能是移动便携设备	一个字符串给出设备的名称或者一个空字符串返回默认值
SO_BROADCAST	允许广播地址发送和接收信息包。只对UDP有效。如何发送和接收广播信息包	布尔型整数
SO_DONTROUTE	禁止通过路由器和网关往外发送信息包。这主要是为了安全而用在以太网上UDP通信的一种方法。不管目的地址使用什么IP地址，都可以防止数据离开本地网络	布尔型整数
SO_KEEPALIVE	可以使TCP通信的信息包保持连续性。这些信息包可以在没有信息传输的时候，使通信的双方确定连接是保持的	布尔型整数
SO_OOBINLINE	可以把收到的不正常数据看成是正常的数据，也就是说会通过一个标准的对recv()的调用来接收这些数据	布尔型整数
SO_REUSEADDR	当socket关闭后，本地端用于该socket的端口号立刻就可以被重用。通常来说，只有经过系统定义一段时间后，才能被重用。	布尔型整数

本节在学习时，用到了SO_REUSEADDR选项，具体写法是：

S.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) 这里value设置为1，表示将SO_REUSEADDR标记为TRUE，操作系统会在服务器socket被关闭或服务器进程终止后马上释放该服务器的端口，否则操作系统会保留几分钟该端口。

下面的方法可以帮助给出该系统下python所支持的socket选项列表：

import socket
solist=[x for x in dir(socket) if x.startswith('SO_')]
solist.sort()
for x in solist:
    Print x

第三步：绑定socket

绑定即为服务器要求一个端口号。

S.bind((host,port))，其中host为服务器ip，通常为空，也可以绑定到一个特定的ip地址。Port为端口号。

第四步：侦听连接。

利用listen()函数进行侦听连接。该函数只有一个参数，其指明了在服务器实际处理连接的时候，允许有多少个未决（等待）的连接在队列中等待。作为一个约定，很多人设置为5。如：s.listen(5)

2、简单的TCP服务器实例
 
        这个建立一个简单的TCP服务器和客户端。

服务器端：TCP响应服务器，当与客户端建立连接后，服务器显示客户端ip和端口，同时将接收的客户端信息和'I get it!'传给客户端，此时等待输入一个新的信息传给客户端。

客户端：TCP客户端,首先输入服务器ip地址，然后输入信息，回车后会得到服务器返回信息，然后等待服务器向其发送信息后退出。

具体代码如下：
服务器端：tcpserver.py

# -*- coding: cp936 -*-
##tcp响应服务器，当与客户端建立连接后，服务器显示客户端ip和端口，同时将接收的客户端信息和'I get it!'传给客户端，此时等待输入一个新的信息传给客户端。
##@小五义
import socket,traceback
host=''
port=12345
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
s.bind((host,port))
s.listen(1)
while 1:
    try:
        clientsock,clientaddr=s.accept()
    except KeyboardInterrupt:
        raise
    except:
        traceback.print_exc()
        continue
    try:
        print "连接来自：",clientsock.getpeername()
        while 1:
            data=clientsock.recv(4096)
            if not len(data):
                break
            print clientsock.getpeername()[0]+':'+str(data)
            clientsock.sendall(data)
            clientsock.sendall("\nI get it!\n")
            t=raw_input('input the word:')
            clientsock.sendall(t)
    except (KeyboardInterrupt,SystemExit):
        raise
    except:
        traceback.print_exc()
    try:
        clientsock.close()
    except KeyboardInterrupt:
        raise
    except:
        traceback.print_exc()

客户端：tcpclient.py

# -*- coding: cp936 -*-
##tcp客户端,首先输入服务器ip地址，然后输入信息，回车后会得到服务器返回信息，然后等待服务器向其发送信息后退出。
##@小五义 
import socket,sys
port=12345
host=raw_input('输入服务器ip:')
data=raw_input('输入要发送的信息：')
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
try:
    s.connect((host,port))
except:
    print '连接错误！'
s.send(data)
s.shutdown(1)
print '发送完成。'
while 1:
    buf=s.recv(4096)
    if not len(buf):
        break
    sys.stdout.write(buf)

执行结果：

客户端输入hello，服务器端输入ok，具体显示结果是：

服务器端：

连接来自：('127.0.0.1',1945)
127.0.0.1:hello
Input the world:ok
客户端：
输入服务器ip:127.0.0.1
输入要发送的信息：hello
发送完成。
hello
I get it!
ok

3、UDP服务器

UDP服务器建立与TCP相类似，具体比较如下：

步骤	UDP	TCP
第一步	建立socket对象	建立socket对象
第二步	设置socket选项	设置socket选项
第三步	绑定到一个端口	绑定到一个端口
第四步	Recvfrom()	侦听连接listen

这里利用UDP建立一个时间服务器。

代码如下：

服务器端;serverudp.py

# -*- coding: cp936 -*-
##UDP服务器端,客户端连接后，向其发送当前时间
##@小五义 
import socket,traceback,time,struct
host=''
port=12345
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
s.bind((host,port))
while 1:
    try:
        message,address=s.recvfrom(8192)
        secs=int(time.time())
        reply=struct.pack("!I",secs)
        s.sendto(reply,address)
    except (KeyboardInterrupt,SystemExit):
        raise
    except:
        traceback.print_exc()

客户端:clientudp.py

# -*- coding: cp936 -*-
##udp客户端,向服务器发送一个空字符后，得到服务器返回时间
##@小五义 
import socket,sys,struct,time
host=raw_input('输入服务器地址：')
port=12345
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto('',(host,port))
print "等待回复……"
buf=s.recvfrom(2048)[0]
if len(buf)!=4:
    print "回复错误%d:%s"%(len(buf),buf)
    sys.exit(1)
secs=struct.unpack("!I",buf)[0]
print time.ctime(int(secs))

运行结果：

首先运行服务器端，然后运行客户端。
C:\>python clientudp.py  ##clientudp.py程序存放在在c盘下
输入服务器地址：127.0.0.1
等待回复……
Mon Aug 06 17:09:17 2012