第六章 网络编程-SOCKET开发——续1

6.3——Socket介绍

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。

socket起源于Unix,而Unix/Linux 基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式 来操作。Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)

你想给另一台计算机发消息,你知道他的IP地址,他的机器上同时运行着qq、迅雷、word、浏览器等程序,你想给他的qq发消息,那想一下,你现在只能通过ip找到他的机器,但如果让这台机器知道把消息发给qq程序呢?答案就是通过port,一个机器上可以有0-65535个端口,你的程序想从网络上收发数据,就必须绑定一个端口,这样,远程发到这个端口上的数据,就全会转给这个程序啦

Socket通信套路(10分钟)

当通过socket建立起2台机器的连接后,本质上socket只干2件事,一是收数据,一是发数据,没数据时就等着。

socket 建立连接的过程跟我们现实中打电话比较像,打电话必须是打电话方和接电话方共同完成的事情,我们分别看看他们是怎么建立起通话的

接电话方:

1.首先你得有个电话

2.你的电话要有号码

3.你的电话必须连上电话线

4.开始在家等电话

5.电话铃响了,接起电话,听到对方的声音

打电话方:

1.首先你得有个电话

2.输入你想拨打的电话

3.等待对方接听

4.say “hi 约么,我有七天酒店的打折卡噢~5.等待回应——》响应回应——》等待回应。。。。

把它翻译成socket通信

接电话方(socket服务器端):

1.首先你得有个电话\(生成socket对象\)

2.你的电话要有号码\(绑定本机ip+port\)

3.你的电话必须连上电话线\(连网\)

4.开始在家等电话\(开始监听电话listen\)

5.电话铃响了,接起电话,听到对方的声音\(接受新连接\)

打电话方(socket客户端):

1.首先你得有个电话\(生成socket对象\)

2.输入你想拨打的电话\(connect 远程主机ip+port\)

3.等待对方接听

4.say “hi 约么,我有七天酒店的打折卡噢~”\(send\(\) 发消息。。。\)

5.等待回应——》响应回应——》等待回应。。。。

Socket套接字方法

socket实例类

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)

family(socket家族)

  • socket.AF_UNIX:用于本机进程间通讯,为了保证程序安全,两个独立的程序(进程)间是不能互相访问彼此的内存的,但为了实现进程间的通讯,可以通过创建一个本地的socket来完成
  • socket.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)

socket type类型

  • socket.SOCK_STREAM #for tcp
  • socket.SOCK_DGRAM #for udp
  • socket.SOCK_RAW #原始套接字,普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文,而SOCK_RAW可以;其次,SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文;此外,利用原始套接字,可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
  • socket.SOCK_RDM #是一种可靠的UDP形式,即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问,在需要执行某些特殊操作时使用,如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
  • socket.SOCK_SEQPACKET #废弃了

(Only SOCK_STREAM and SOCK_DGRAM appear to be generally useful.)

proto=0 请忽略,特殊用途

fileno=None 请忽略,特殊用途

服务器套接字函数

  • 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

公共用途的套系字函数

  • s.recv() 接收数据
  • s.send() 发送数据(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,可后面通过实例解释)
  • 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() Receive data from the socket. The return value is a pair (bytes, address)
  • s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址
  • s.close() 关闭套接字
  • socket.setblocking(flag) #True or False,设置socket为非阻塞模式,以后讲io异步时会用
  • socket.getaddrinfo(host, port, family=0, type=0, proto=0, flags=0) 返回远程主机的地址信息,例子 socket.getaddrinfo('luffycity.com',80)
  • socket.getfqdn() 拿到本机的主机名
  • socket.gethostbyname() 通过域名解析ip地址

6.4——Socket代码实例

server

# Echo server program
import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听,1代表在允许有一个连接排队,更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止,有了一个新连接进来后,就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        if not data: break #收不到数据,就break
        conn.sendall(data) #把收到的数据再全部返回给客户端

client

# Echo client program
import socket

HOST = 'localhost'    # The remote host
PORT = 50007              # The same port as used by the server

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect((HOST, PORT))
client.sendall(b'Hello, world')

data = client.recv(1024)

print('Received',data)

循环收发数据

第一次接触就这么交待了,只说了一句话,感觉不够过瘾,如何实现更多的交互呢?简单,只需要让客户端不断的发,服务端不断的收就可以了,写个循环搞定

server

# Echo server program
import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听,1代表在允许有一个连接排队,更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止,有了一个新连接进来后,就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("server recv:",conn.getpeername(), data.decode())
        if not data: break #收不到数据,就break
        conn.sendall(data) #把收到的数据再全部返回给客户端

client

# Echo client program
import socket

HOST = 'localhost'    # The remote host
PORT = 50007              # The same port as used by the server

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect((HOST, PORT))

while True: 

    msg = input(">>>:").strip()
    if len(msg) == 0:continue

    client.sendall(msg.encode()) #发送用户输入的数据,必须是bytes模式

    data = client.recv(1024)

    print('Received',data.decode()) #收到服务器的响应后,decode一下

 简单聊天软件

server

import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听,1代表在允许有一个连接排队,更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止,有了一个新连接进来后,就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("recv from Alex:",conn.getpeername(), data.decode())
        if not data: break #收不到数据,就break

        response = input(">>>").strip()
        conn.send(response.encode())
        print("send to alex:",response)

client不需要做更改,直接 看结果

冷静的海峰玩了一会这个程序说,Alex你这个有bug,双方只能一来一往的说话,如果你想连续发2句话是不行的,就卡住了。

对,海峰你说的没错,之所以连续发第2次时会卡住 ,是因为你发了一条消息后,就去调用recv方法接收服务器的响应了,在服务器端返回消息之前,这个recv(1024)方法是阻塞的,如果想允许此时还能再发消息给服务器端,就需要再单独启动一个线程,只负责发消息。当然这就得等我们掌握了线程知识再学啦,此处不多赘述。

此处补充下listen(1)的演示,就是启动多个客户端连接同一个服务端,发现服务端只能同时处理一个请求

聊天软件升级版

刚才在聊天的时候,你会发现,服务端(杠娘)在服务客户端(Alex)的时候,其它人如果也想跟杠娘连接是处于排队状态,然后等Alex完事并断开后,下一个人就跟上,但实际情况是客户端一断开,服务端也跟着断了。

为什么会断呢?因为服务端以下代码的意思是, 如果收不到数据,就跳出循环,就断开了呀

conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止,有了一个新连接进来后,就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("recv from Alex:",conn.getpeername(), data.decode())

        if not data: break #收不到数据,就break , 就是它干的

        response = input(">>>").strip()
        conn.send(response.encode())
        print("send to alex:",response)

实现一个客户端断开后,可以立刻接入另外一个客户端的话,怎么办呢?只需再在外层加个循环

while True: #最外层loop 

    conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止,有了一个新连接进来后,就会为这个请求生成一个连接对象
    #为何把上面这句话也包含在循环里?
    print("来了个新客人",conn.getpeername() )

    with conn:
        print('Connected by', addr)
        while True:
            data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
            print("recv from :",conn.getpeername(), data.decode())
            if not data: break #收不到数据,就break
            conn.send(data.upper())
            print("send to alex:",data)

break跳出后就回到大while那层

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(如果不懂,请深入研究1.tcp三次握手,四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法)

解决方法1:

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #一行代码搞定,写在bind之前
sock_server.bind((HOST, PORT))

解决方法2:

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,
vi /etc/sysctl.conf

编辑文件,加入以下内容:
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。

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;

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;

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。

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

UDP实例

udp 不需要经过3次握手和4次挥手,不需要提前建立连接,直接发数据就行。

server端

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #udp类型

udp_server_client.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print("recv ",msg,addr)

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

client端

import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE = 1024
udp_server_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

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

演示

TCP VS UDP

tcp基于链接通信

  • 基于链接,则需要listen(backlog),指定连接池的大小
  • 基于链接,必须先运行的服务端,然后客户端发起链接请求
  • 对于mac系统:如果一端断开了链接,那另外一端的链接也跟着完蛋recv将不会阻塞,收到的是空(解决方法是:服务端在收消息后加上if判断,空消息就break掉通信循环)
  • 对于windows/linux系统:如果一端断开了链接,那另外一端的链接也跟着完蛋recv将不会阻塞,收到的是空(解决方法是:服务端通信循环内加异常处理,捕捉到异常后就break掉通讯循环)

udp无链接

  • 无链接,因而无需listen(backlog),更加没有什么连接池之说了
  • 无链接,udp的sendinto不用管是否有一个正在运行的服务端,可以己端一个劲的发消息,只不过数据丢失
  • recvfrom收的数据小于sendinto发送的数据时,在mac和linux系统上数据直接丢失,在windows系统上发送的比接收的大直接报错
  • 只有sendinto发送数据没有recvfrom收数据,数据丢失

 

posted on 2018-09-13 22:34  大王!  阅读(222)  评论(0编辑  收藏  举报