python网络基础：socket基本原理及使用方法

一、Socket（套接字）的概念

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。
详细介绍参考：[译]Python 中的 Socket 编程（指南）

二、Socket 是如何进行通信

参考博文： Socket技术详解

网络中进程是三元组【ip地址，协议，端口】进行网络间通信了，socket就是利用三元组解决网络通信的一个中间件工具，就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用socket，如UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰）。
Socket通信的数据传输方式，常用的有两种：
　　SOCK_STREAM：表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。
　　SOCK_DGRAM：表示无连接的数据传输方式。计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。

三、socket的分类

模块名	功能简介
socket	提供了标准的 BSD Sockets API ，也叫伯克利套接字，BSD Socket的应用编程接口已经是网络套接字的抽象标准，所有的操作系统都实现伯克利套接字接口，它也是连接互联网的标准接口
socketserver	是基于socket而来的模块，它是在socket的基础上进行了一层封装，并且实现并发等功能，它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发

四、Socket 的类型

1、socket格式：

socket(family,type[,protocal]) 使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为0）来创建套接字。

类型	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket. AF_INET	服务器之间网络通信
socket.AF_INET6	基于IPv6协议通信
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
==socket.SOCK_DGRAM ==	数据报式socket , 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_SEQPACKET	可靠的连续数据包服务
创建TCP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建UDP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

2、socket的函数用法

类型	描述
客户端socket函数
s.connect(address)	连接到address处的套接字。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex(adddress)	功能与connect(address)相同，但是成功返回0，失败返回errno的值。
公共socket函数
==s.recv(bufsize[,flag]) ==	接受TCP套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send(string[,flag])	发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。
s.sendall(string[,flag])	完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvfrom(bufsize[.flag])	接受UDP套接字的数据。与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto(string[,flag],address)	发送UDP数据。将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()	关闭套接字。
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)	设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件
服务端socket函数
s.bind(address)	将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址
s.listen(backlog)	开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()	接受TCP连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

注意点:

1）TCP发送数据时，已建立好TCP连接，所以不需要指定地址。UDP是面向无连接的，每次发送要指定是发给谁。

2）服务端与客户端不能直接发送列表，元组，字典。需要字符串化repr(data)。

五、socket编程步骤(思路)

1、原理图一

2、原理图二

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3、实现步骤

TCP服务端：

1. 创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口
2. 开始监听连接
3. 进入循环，不断接受客户端的连接请求
4. 然后接收传来的数据，并发送给对方数据
5. 传输完毕后，关闭套接字
6. 回收系统资源

TCP客户端:

1. 创建套接字
2. 连接远端地址
3. 连接后发送数据和接收数据
4. 传输完毕后，关闭套接字

4、实例演示

服务端代码

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

# 2、绑定(主机,端口号)到套接字
tcpSock.bind(('127.0.0.1', 8898))

# 3、开始监听
tcpSock.listen(4)  # 半进程池，4是指最多支持挂起(0-4),5个半进程


print('====服务端等待请求中====')
while True:
	# 4、被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来,返回值是
	# 接受TCP连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连		接客户端的地址。
    conn, addr = tcpSock.accept()
    print('新用户：', addr)
    while True:
        try:
             # 5、 接受TCP套接字数据
    		data = conn.recv(1024)  # 接受TCP套接字的数据，1024为接受的最大数据量
    		 if not cmd:break  # 如果传入的数据为空，容易造成卡顿。
            print('server===>')
            print(data)
            conn.send(data.upper()) # 发送TCP数据。将收到的内容，变成大写传给客户端
        except ConnectionResetError:  # 如果出现客户端断开链接，用异常处理保证程序正常运行
            print('===开始连接新用户===')
            break
    conn.close()  # 关闭套接字

tcpSock.close()  # 回收系统资源

客户端代码

from socket import *

phone = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1', 8898))

while True:
    msg = input('>>: ').strip() # 当发送回车换行，内容为空，没有必要发所以就会卡顿。当自己这一端 的内核态没东西会卡住recv()。加一个判断是否为空解决。
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    print('client====>')
    data = phone.recv(1024)
    print(data)