socket套接字

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。

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)

# 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

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

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套接字通信

服务端

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 买手机（流式协议）
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 手机插卡
phone.listen(5)  # 手机待机

while True:  # 新增接收链接循环,可以不停的接电话
    conn, client_addr = phone.accept()  # 手机接电话
    # conn是连接对象，client_addr是连接对象ip地址

    while True:  # 新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
        try:  # 在Windows系统下，如果正在链接的客户端突然断开，服务端会出异常
            data = conn.recv(1024)  # 最大接收的字节数
            if len(data) == 0:
                break  # 在linex系统下,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
            print(data)
            conn.send(data.upper())  # #发消息,说话
        except Exception:  # 正在链接的客户端突然断开，捕获异常，退出循环。
            break
    conn.close()  # 挂电话

phone.close()  # 手机关机（不会运行到）

客户端

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 买手机（流式协议）

phone.connect(('127.0.0.1', 8080))  # 拨电话

while True:  # 新增通信循环,客户端可以不断发收消息
    msg = input('>>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:  # 如果客户端发送空字符串，程序会阻塞在服务端的接收recv
        continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))  # 发消息,说话(只能发送字节类型)
    data = phone.recv(1024)  # 收消息,听话
    print(data.decode('utf-8'))

phone.close()  # 挂电话

重启服务端问题

在重启服务端时可能会遇到 "Address already in use"

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

解决方法一:

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

解决方法二:

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

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
	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