Python Socket库基础方法与应用详解

目录

• 一、Socket基础方法详解
• 1. 构造函数
• 2. 服务器端方法
• 3. 客户端方法
• 4. 数据传输
• 5. 通用方法
• 二、工作原理与实现机制
• 1. TCP通信流程
• 2. UDP通信特点
• 3.javascript 三次握手（TCP）
• 三、应用领域与实现代码
• 应用1：基础HTTP服务器（TCP）
• 应用2：多线程聊天室（TCP）
• 应用3：文件传输（TCP）
• 应用4：端口扫描工具（TCP SYN）
• 四、关键技术要点

一、Socket基础方法详解

python的socket模块提供了BSD Socket API接口，以下是核心方法：

1. 构造函数

socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM, proto=0)

• 参数:
  • family: 地址族（常用AF_INET表示IPv4）
  • type: 套接字类型（SOCK_STREAM为TCP，SOCK_DGRAM为UDP）
  • proto: 协议号（通常为0，自动选择）

2. 服务器端方法

• bind(address): 绑定IP地址和端口号（元组格式(host, port)）
• listen(backlog): 启动TCP监听，backlog指定最大排队连接数
• accept(): 阻塞等待客户端连接，返回(conn, address)元组

3www.devze.com. 客户端方法

• connect(address): 主动连接服务器

4. 数据传输

• send(bytes): 发送TCP数据（可能未发送全部数据）
• sendall(bytes): 发送全部TCP数据（推荐使用）
• recv(bufsize): 接收TCP数据（最大 bufsize字节）
• sendto(bytes, address): 发送UDP数据
• recvfrom(bufsize): 接收UDP数据，返回(data, address)

5. 通用方法

• close(): 关闭套接字
• setsockopt(level, optname, value): 设置套接字选项（如SO_REUSEADDR）

二、工作原理与实现机制

1. TCP通信流程

2. UDP通信特点

• 无连接协议
• 数据包可能丢失或乱序
• 适合实时性要求高的场景

3. 三次握手（TCP）

• SYN →
• ← SYN-ACK
• ACK →

三、应用领域与实现代码

应用1：基础HTTP服务器（TCP）

import socket

def start_web_serverhttp://www.devze.com(host='', port=8080):
    with socket.socket() as s:
        s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        s.bind((host, port))
        s.listen(5)
        print(f"Server running on {port}")

        while True:
            conn, addr = s.accept()
            with conn:
                request = conn.recv(1024).dewww.devze.comcode()
                # 解析HTTP请求头
                headers = request.split('\n')
                filename = headers[0].split()[1][1:] or 'index.html'

                try:
                    with open(filename, 'rb') as f:
                        content = f.read()
                    response = b'HTTP/1.1 200 OK\n\n' + content
                except FileNotFoundError:
                    response = b'HTTP/1.1 404 Not Found\n\n<h1>404 Error</h1>'

                conn.sendall(response)

# 使用示例
start_web_server()

应用2：多线程聊天室（TCP）

import socket
import threading

clients = []

def handle_client(client):
    while True:
        try:
            msg = client.recv(1024)
            if not msg:
                break
            for c in clients:
                if c != client:
                    c.sendall(msg)
        except:
            break
    clients.remove(client)
    client.close()

def start_chat_server(port=9000):
    with socket.socket() as s:
        s.bind(('', port))
        s.listen()
        print(f"Chat server started on {port}")

        while True:
            client, addr = s.accept()
            clients.append(client)
            thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client,))
            thread.start()

# 客户端实现需配合使用连接和发送/接收线程

应用3：文件传输（TCP）

import socket
import hashlib

def send_file(filename, host='127.0.0.1', port=6000):
    with socket.socket() as s:
        s.connect((host, port))
        with open(filename, 'rb') as f:
            file_data = f.read()
            # 计算文件哈希值
            file_hash = hashlib.md5(file_data).hexdigest().encode()
            # 先发送哈希值
            s.sendall(file_hash)
            # 发送文件数据
            s.sendall(file_data)
        print("File sent successfully")

def receive_file(port=6000):
    with socket.socket() as s:
        s.bind(('', port))
        s.listen()
        conn, addr = s.accept()
        with conn:
            # 接收哈希值
            file_hash = conn.recv(32)
            file_data = b''
            while True:
                data = conn.recv(4096)
                if not data:
                    break
                file_data += data
            # 验证完整性
            if hashlib.md5(file_data).hexdigest().encode() == file_hash:
                with open('received_file', 'wb')android as f:
                    f.write(file_data)
                print("File received successfully")
            else:
                print("File corrupted")

应用4：端口扫描工具（TCP SYN）

import socket
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

def scan_port(host, port):
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
        s.settimeout(1)
        try:
            s.connect((host, port))
            print(f"Port {port} is open")
            return True
        except:
            return False

def port_scanner(host='127.0.0.1', start=1, end=1024):
    print(f"Scanning {host}...")
    with ThreadPoolExecutor(max_workers=100) as executor:
        results = executor.map(lambda p: scan_port(host, p), range(start, end+1))
    return sum(results)

# 使用示例
port_scanner(end=100)

四、关键技术要点

1. 地址重用：使用SO_REUSEADDR选项避免端口占用问题
2. 粘包处理：TCP是流式协议，需自定义消息边界（如长度前缀）
3. 并发模型：
   • 多线程：适合简单并发场景
   • select：适合I/O多路复用
   • asyncio：适合高并发异步处理
4. 异常处理：必须处理ConnectionResetError等网络异常
5. 数据编码：网络传输使用bytes类型，需注意编解码

以上代码示例展示了socket编程在不同场景下的典型应用，实际开发中需要根据具体需求添加错误处理、日志记录和安全机制。

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