Scoket层（TCP,TDP）

【一】Scoket层在哪

• 还是用图来说话，一目了然。

【二】什么是socket

• 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

【三】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。
• 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。

【1】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

【2】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)

【四】TCP协议

# 创建socket对象
server = socket()
# 监听端口
IP = '127.0.0.1'
PORT = 8080
server.bind((IP, PORT))
# 监听连接对象个数
server.listen(5)
# 创建连接对象
conn, addr = server.accept()
# 通过连接对象接收数据 1kb = 1024 bytes  
conn.recv(1024)  # 最大1024

【1.0】基础版

服务端

from socket import socket

server = socket()
server.bind(('127.0.0.1', 9696))
server.listen(5)
conn, addr = server.accept()
from_client_lsg = conn.recv(1024)
from_client_lsg = from_client_lsg.decode('utf8')
print(from_client_lsg)
send_to_client_msg = '我是服务端'
send_to_client_msg = send_to_client_msg.encode('utf8')
conn.send(send_to_client_msg)
conn.close()
server.close()

客户端

from socket import socket
client = socket()
client.connect(('127.0.0.1', 9696))
send_to_server_msg = '我是客户端'
send_to_server_msg = send_to_server_msg.encode('utf8')
client.send(send_to_server_msg)
from_server_msg = client.recv(1024)
from_server_msg = from_server_msg.decode('utf8')
print(from_server_msg)
client.close()

【2.0】循环版

服务端

from socket import socket

server = socket()

server.bind(('127.0.0.1', 9696))
server.listen(5)
while True:
    conn, addr = server.accept()
    msg = conn.recv(1024)
    msg = msg.decode('utf8')
    print(f'msg:>>>{msg}')
    if msg == 'q':
        conn.close()
        break
    while True:
        send_msg = input("发送的消息 :>>>> ").strip()
        if not send_msg: continue
        conn.send(send_msg.encode('utf8'))
        break
server.close()

客户端

from socket import socket

while True:
    client = socket()
    client.connect(('127.0.0.1', 9696))
    send_msg = input("请输入消息 :>>>> ").strip()
    if not send_msg: continue
    client.send(send_msg.encode('utf-8'))
    if send_msg == 'q':
        client.close()
        break

    msg = client.recv(1024)
    print(msg.decode('utf8'))

【五】UDP协议

服务端

import socket

server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8888))
msg, addr = server.recvfrom(1024)
print(msg.decode('utf8'))
print(addr)
data = '我是服务端'
data = data.encode('utf8')
server.sendto(data, addr)

客户端

import socket

client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
msg = '我是客户端'
msg = msg.encode('utf8')
client.sendto(msg, ('127.0.0.1', 8888))
msg, addr = client.recvfrom(1024)
print(msg.decode('utf8'))
print(addr)

【补充】struct模块

• struct.pack()
  

  是Python内置模块

  struct
  

  中的一个函数

  • 它的作用是将指定的数据按照指定的格式进行打包，并将打包后的结果转换成一个字节序列（byte string）
  • 可以用于在网络上传输或者储存于文件中。

• struct.pack(fmt, v1, v2, ...)
  

  • 其中，fmt为格式字符串，指定了需要打包的数据的格式，后面的v1,v2,...则是需要打包的数据。
  • 这些数据会按照fmt的格式被编码成二进制的字节串，并返回这个字节串。

• fmt
  

  的常用格式符如下：

  • x --- 填充字节
  • c --- char类型，占1字节
  • b --- signed char类型，占1字节
  • B --- unsigned char类型，占1字节
  • h --- short类型，占2字节
  • H --- unsigned short类型，占2字节
  • i --- int类型，占4字节
  • I --- unsigned int类型，占4字节
  • l --- long类型，占4字节（32位机器上）或者8字节（64位机器上）
  • L --- unsigned long类型，占4字节（32位机器上）或者8字节（64位机器上）
  • q --- long long类型，占8字节
  • Q --- unsigned long long类型，占8字节
  • f --- float类型，占4字节
  • d --- double类型，占8字节
  • s --- char[]类型，占指定字节个数，需要用数字指定长度
  • p --- char[]类型，跟s一样，但通常用来表示字符串
  • ? --- bool类型，占1字节

• 具体的格式化规则可以在Python文档中查看（链接）。

import json
import struct

header = {
    'file_size': 20255
}
head_bytes = bytes(json.dumps(header), encoding='utf-8')

head_len_bytes = struct.pack('i', len(head_bytes))

print(f"这是原本的数据 :>>>> {header}")
print(f"这是json序列化后的数据 :>>>> {head_bytes}")
print(f"这是压缩后的数据 :>>>> {head_len_bytes}")