socket-网络编程

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。

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。

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)

套接字工作流程

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

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)

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

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

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

tcp客户端

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

服务端：

import socket

# 1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 流式协议=》tcp协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1',8083)) # 0-65535, 1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5) # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为:%s:%s' %('127.0.0.1',8080))

# 4、等待电话连接请求：拿到电话连接conn
conn,client_addr=phone.accept()

# 5、通信：收\发消息
while True:
    try:
        data=conn.recv(1024) # 最大接收的数据量为1024Bytes，收到的是bytes类型
        if len(data) == 0:
            # 在unix系统洗，一旦data收到的是空
            # 意味着是一种异常的行为：客户度非法断开了链接
            break
        print("客户端发来的消息：",data.decode('utf-8'))
        conn.send(data.upper())
    except Exception:
        # 针对windows系统
        break

# 6、关闭电话连接conn（必选的回收资源的操作)
conn.close()

客户端：

import socket

#1、买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 流式协议=》tcp协议

#2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1',8083))

#3、通信
while True:
    msg=input("输入要发送的消息>>>: ").strip() #msg=''
    if len(msg) == 0:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    print('======?')
    data=phone.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

#4、关闭连接(必选的回收资源的操作)
phone.close()

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

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

udp客户端

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

udp套接字简单示例