26---socket介绍

一 socket

1.1 socket是什么

1 socket是应用层与TCP/IP协议（传输层，网络层）的中间抽象层，它是一组接口

2 在设计模式中，socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对于设计程序的用户来说，只需要使用socket组织数据，来符合指定协议即可，因此只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循TCP/UDP标准的。

1.2 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和基于网络型的。

1.3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

1.4 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)

1.5 套接字工作流程

依据生活场景：
	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。

服务端：
	1 初始化socket对象
	2 socket对象与服务端的IP和端口绑定（bind）
	3 对端口进行监听(listen)
客户端：
	1 初始化socket对象
	2 连接服务器(connect)
	3 如果连接成功，客户端与服务端的连接就建立了
	
连接成功后：
	1 客户端发送数据请求
	2 服务端接收请求并处理请求
	3 讲回应数据发送给客户端，客户端读取数据
	4 关闭连接，一次交互结束

二 socket()模块函数用法

2.1 基本用法

import socket

socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
# 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。

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

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

# 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。例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM

2.2 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

2.3 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

2.4 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

三 基于TCP协议的套接字

3.1 基于TCP协议的套接字---简单版

• 服务端

# 以手机接打电话为例
import socket

# 1 买手机---获取服务端收发数据的对象
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# 2 手机插卡---给服务端绑定IP+端口
phone.bind(('127.0.0.1',6666))

# 3 开机---服务端处于监听状态
phone.listen(3)  # 半连接池只能存放三个待确认的连接请求

# 4 等待来电---服务端与客户端建立连接，建立连接后可以拿到TCP连接的通道信息，和客户端的IP和接口
conn,client_addr = phone.accept()
print(conn)
print('客户端IP和接口',client_addr)

# 5 电话接通，两人愉快的聊天---收发数据
data = conn.recv(1024)  # 最大接收数据量为1024bytes
print('客户端消息',data.decode('utf-8'))
conn.send(data.upper())

# 6 挂断电话---断开与客户端的连接
conn.close()

# 7 手机关机---服务端关机
phone.close()

• 客户端

import socket

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

phone.connect(('127.0.0.1',6666))

phone.send('show 信息'.encode('utf-8'))

data = phone.recv(1024)

print('服务端',data.decode('utf-8'))

phone.close()

• 简单版的bug

废了好大劲才连接成功，结果发一句消息连接就中断了，难不难受...

3.2 基于TCP协议的套接字---循环通信

• 服务端

import socket

# 1 买手机---获得服务端的对象
phone = socket.socket(-1,-1)

# 2 手机插卡---确定服务端的IP和端口
phone.bind(('127.0.0.1',7890))

# 3 手机开机---服务端进入监听状态
phone.listen(3)

# 4 等待接听电话，获取TCP通道和客户端的IP和端口

conn,client_addr = phone.accept()

# 5 通电话---收发数据
while True:
    # 异常处理：当防止客户端突然关闭服务端崩溃
    try:
        data = conn.recv(1024)
        if not data:break
        print('客户端',data.decode('utf-8'))

        conn.send(data.upper())
    except Exception:
        break

# 6 挂断电话---服务端与客户端通道断开
conn.close()

# 7 关机---服务端关机
phone.close()

• 客户端

import socket

phone = socket.socket(-1,-1)
phone.connect(('127.0.0.1', 7890))
while True:
    info = input('>>').strip()
    # 当发送的数据长度为0时，服务端和客户端都会进入等待收数据的阻塞阶段，所以进行判断，判断用户输入的信息被strip处理后，长度是否为0
    if len(info) == 0:continue
    if info == 'q': break
    phone.send(info.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)

    print('服务端', data.decode('utf-8'))

phone.close()

• 产生的bug

服务端应该满足的特点：
1、一直提供服务
2、并发地提供服务
而这种循环通信，当客户端断开连接后，服务端也随之终止运行，无法再向其他客户端提供服务

3.3 基于TCP协议的套接字通信---服务端不关闭

• 服务端

import socket

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

phone.bind(('127.0.0.1',65447))

phone.listen(5)
while True:
    conn,client_addr = phone.accept()
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            if not data:break
            print('客户端',data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            break

    conn.close()

phone.close()

• 客户端

import socket

phone = socket.socket(-1,-1)

phone.connect(('127.0.0.1',65447))

while True:
    info = input('>>').strip()
    if len(info) == 0:continue
    if info == 'q':break
    phone.send(info.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    print('服务端',data.decode('utf-8'))

phone.close()

存在的问题：只能同时为一台客户端服务，解决方法需要用到并发编程。

四 基于UDP协议的套接字

• 服务端

import socket
# 1 初始化服务端对象
sever = socket.socket(-1,socket.SOCK_DGRAM)
# 2 服务端绑定IP 和 端口
sever.bind(('127.0.0.1',8081))

# 3 收发数据
while True:
    data,client_addr = sever.recvfrom(1024)
    sever.sendto(data.upper(),client_addr)

• 客户端

import socket

client = socket.socket(-1,socket.SOCK_DGRAM)
while True:
    mag = input('>>').strip()
    if mag == 'q':break
    client.sendto(mag.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8081))
    res = client.recvfrom(1024)
    print(res)
client.close()