Socket 层 - Dream Blog

【六】socket层#

Socket它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

【1】socket是什么#

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。
- 在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的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。
所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。
也有人将socket说成ip+port
- ip是用来标识互联网中的一台主机的位置
- 而port是用来标识这台机器上的一个应用程序
- ip地址是配置到网卡上的
- 而port是应用程序开启的
- ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序
而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

【2】套接字发展史及分类#

套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。
因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。
一开始,套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。
这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是
- 基于文件型的
- 基于网络型的。

基于文件类型的套接字家族

套接字家族的名字：
- AF_UNIX
unix一切皆文件
- 基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据
- 两个套接字进程运行在同一机器
- 可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

基于网络类型的套接字家族

套接字家族的名字：
- AF_INET
(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现
- 所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个
- python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

【3】套接字工作流程#

一个生活中的场景。
- 你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。
- 等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这工作原理。

先从服务器端说起。
- 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
socket()模块函数用法

1
  import socket
2
  socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
3
  socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。
4

5
 # 获取tcp/ip套接字
6
  tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
7

8
 # 获取udp/ip套接字
9
  udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
10

11
 # 由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
12
 #  例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM

服务端套接字函数

s.bind() 绑定(主机,端口号)到套接字 s.listen() 开始TCP监听 s.accept() 被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字函数

s.connect() 主动初始化TCP服务器连接 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

公共用途的套接字函数

s.recv() 接收TCP数据 s.send() 发送TCP数据(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.recvfrom() 接收UDP数据 s.sendto() 发送UDP数据 s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址 s.getsockname() 当前套接字的地址 s.getsockopt() 返回指定套接字的参数 s.setsockopt() 设置指定套接字的参数 s.close() 关闭套接字

面向锁的套接字方法

s.setblocking() 设置套接字的阻塞与非阻塞模式 s.settimeout() 设置阻塞套接字操作的超时时间 s.gettimeout() 得到阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字的函数

s.fileno() 套接字的文件描述符 s.makefile() 创建一个与该套接字相关的文件

【4】基于TCP的套接字#

tcp是基于链接的
- 必须先启动服务端
- 然后再启动客户端去链接服务端
tcp服务端

1
1 ss = socket() #创建服务器套接字
2
2 ss.bind()      #把地址绑定到套接字
3
3 ss.listen()      #监听链接
4
4 inf_loop:      #服务器无限循环
5
5     cs = ss.accept() #接受客户端链接
6
6     comm_loop:         #通讯循环
7
7         cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
8
8     cs.close()    #关闭客户端套接字
9
9 ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

tcp客户端

1
1 cs = socket()    # 创建客户套接字
2
2 cs.connect()    # 尝试连接服务器
3
3 comm_loop:        # 通讯循环
4
4     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
5
5 cs.close()            # 关闭客户套接字

socket通信流程与打电话流程类似
- 我们就以打电话为例来实现一个low版的套接字通信
服务端：

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'Linhaifeng'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',9000)  #电话卡
5
BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
6
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
7
s.bind(ip_port) #手机插卡
8
s.listen(5)     #手机待机
9

10

11
conn,addr=s.accept()            #手机接电话
12
# print(conn)
13
# print(addr)
14
print('接到来自%s的电话' %addr[0])
15

16
msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
17
print(msg,type(msg))
18

19
conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
20

21
conn.close()                    #挂电话
22

23
s.close()                       #手机关机

客户端：

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'Linhaifeng'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',9000)
5
BUFSIZE=1024
6
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
7

8
s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
9

10
s.send('linhaifeng nb'.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
11

12
feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
13
print(feedback.decode('utf-8'))
14

15
s.close()                                       #挂电话

加上链接循环与通信循环
服务端改进版:

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'Linhaifeng'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
5
BUFSIZE=1024
6
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
7
s.bind(ip_port) #手机插卡
8
s.listen(5)     #手机待机
9

10

11
while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
12
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
13
    # print(conn)
14
    # print(addr)
15
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
16
    while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
17
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
18

19
        # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生
20

21
        print(msg,type(msg))
22

23
        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
24

25
    conn.close()                    #挂电话
26

27
s.close()                       #手机关机

客户端改进版

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'Linhaifeng'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',8081)
5
BUFSIZE=1024
6
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
7

8
s.connect_ex(ip_port)           # 拨电话
9

10
while True:                             # 新增通信循环,客户端可以不断发收消息
11
    msg=input('>>: ').strip()
12
    if len(msg) == 0:continue
13
    s.send(msg.encode('utf-8'))         # 发消息,说话(只能发送字节类型)
14

15
    feedback=s.recv(BUFSIZE)                           # 收消息,听话
16
    print(feedback.decode('utf-8'))
17

18
s.close()                                       # 挂电话

问题：
有的同学在重启服务端时可能会遇到

这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址
解决方法：

方法一

1
#加入一条socket配置，重用ip和端口
2

3
phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
4
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
5
phone.bind(('127.0.0.1',8080))

方法二

1
发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接，通过调整linux内核参数解决，
2
vi /etc/sysctl.conf
3

4
编辑文件，加入以下内容：
5
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
6
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
7
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
8
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
9

10
然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
11

12
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；
13

14
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；
15

16
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。
17

18
net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间

【5】基于UDP的套接字#

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错
udp服务端

1
1 ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
2
2 ss.bind()       #绑定服务器套接字
3
3 inf_loop:       #服务器无限循环
4
4     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
5
5 ss.close()                         # 关闭服务器套接字

udp客户端

1
cs = socket()   # 创建客户套接字
2
comm_loop:      # 通讯循环
3
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
4
cs.close()                      # 关闭客户套接字

udp套接字简单示例
udp服务端

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'ly'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',9000)
5
BUFSIZE=1024
6
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
7

8
udp_server_client.bind(ip_port)
9

10
while True:
11
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
12
    print(msg,addr)
13

14
    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

udp客户端

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'ly'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',9000)
5
BUFSIZE=1024
6
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
7

8
while True:
9
    msg=input('>>: ').strip()
10
    if not msg:continue
11

12
    udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
13

14
    back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
15
    print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

qq聊天(由于udp无连接，所以可以同时多个客户端去跟服务端通信)
udp服务端

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'ly'
3
import socket
4
ip_port=('127.0.0.1',8081)
5
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机
6
udp_server_sock.bind(ip_port)
7

8
while True:
9
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
10
    print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
11
    back_msg=input('回复消息: ').strip()
12

13
    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

udp客户端1

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'ly'
3
import socket
4
BUFSIZE=1024
5
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
6

7
qq_name_dic={
8
    '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
9
    '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
10
    '一棵树':('127.0.0.1',8081),
11
    '武大郎':('127.0.0.1',8081),
12
}
13

14

15
while True:
16
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
17
    while True:
18
        msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
19
        if msg == 'quit':break
20
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
21
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])
22

23
        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
24
        print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))
25

26
udp_client_socket.close()

udp客户端2

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'ly'
3
import socket
4
BUFSIZE=1024
5
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
6

7
qq_name_dic={
8
    '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
9
    '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
10
    '一棵树':('127.0.0.1',8081),
11
    '武大郎':('127.0.0.1',8081),
12
}
13

14

15
while True:
16
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
17
    while True:
18
        msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
19
        if msg == 'quit':break
20
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
21
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])
22

23
        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
24
        print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))
25

26
udp_client_socket.close()

ntp服务端

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'Linhaifeng'
3
from socket import *
4
from time import strftime
5

6
ip_port=('127.0.0.1',9000)
7
bufsize=1024
8

9
tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
10
tcp_server.bind(ip_port)
11

12
while True:
13
    msg,addr=tcp_server.recvfrom(bufsize)
14
    print('===>',msg)
15

16
    if not msg:
17
        time_fmt='%Y-%m-%d %X'
18
    else:
19
        time_fmt=msg.decode('utf-8')
20
    back_msg=strftime(time_fmt)
21

22
    tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)
23

24
tcp_server.close()

ntp客户端

1
#_*_coding:utf-8_*_
2
__author__ = 'Linhaifeng'
3
from socket import *
4
ip_port=('127.0.0.1',9000)
5
bufsize=1024
6

7
tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
8

9

10
while True:
11
    msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
12
    tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
13
    data=tcp_client.recv(bufsize)
14
    print(data.decode('utf-8'))
15

16
tcp_client.close()

音乐

音乐

【六】socket层#

【1】socket是什么#

【2】套接字发展史及分类#

【3】套接字工作流程#

【4】基于TCP的套接字#

【5】基于UDP的套接字#

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