python網絡基礎：socket基本原理及使用方法

一、Socket（套接字）的概念

Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口後面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。
詳細介紹參考：[譯]Python 中的 Socket 編程（指南）

二、Socket 是如何進行通信

參考博文： Socket技術詳解

網絡中進程是三元組【ip地址，協議，端口】進行網絡間通信了，socket就是利用三元組解決網絡通信的一箇中間件工具，就目前而言，幾乎所有的應用程序都是採用socket，如UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經被淘汰）。
Socket通信的數據傳輸方式，常用的有兩種：
　　SOCK_STREAM：表示面向連接的數據傳輸方式。數據可以準確無誤地到達另一臺計算機，如果損壞或丟失，可以重新發送，但效率相對較慢。常見的 http 協議就使用 SOCK_STREAM 傳輸數據，因爲要確保數據的正確性，否則網頁不能正常解析。
　　SOCK_DGRAM：表示無連接的數據傳輸方式。計算機只管傳輸數據，不作數據校驗，如果數據在傳輸中損壞，或者沒有到達另一臺計算機，是沒有辦法補救的。也就是說，數據錯了就錯了，無法重傳。因爲 SOCK_DGRAM 所做的校驗工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。

三、socket的分類

模塊名	功能簡介
socket	提供了標準的 BSD Sockets API ，也叫伯克利套接字，BSD Socket的應用編程接口已經是網絡套接字的抽象標準，所有的操作系統都實現伯克利套接字接口，它也是連接互聯網的標準接口
socketserver	是基於socket而來的模塊，它是在socket的基礎上進行了一層封裝，並且實現併發等功能，它提供了服務器中心類，可以簡化網絡服務器的開發

四、Socket 的類型

1、socket格式：

socket(family,type[,protocal]) 使用給定的地址族、套接字類型、協議編號（默認爲0）來創建套接字。

類型	描述
socket.AF_UNIX	只能夠用於單一的Unix系統進程間通信
socket. AF_INET	服務器之間網絡通信
socket.AF_INET6	基於IPv6協議通信
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
==socket.SOCK_DGRAM ==	數據報式socket , for UDP
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字無法處理ICMP、IGMP等網絡報文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以處理特殊的IPv4報文；此外，利用原始套接字，可以通過IP_HDRINCL套接字選項由用戶構造IP頭
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的連續數據包服務
創建TCP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
創建UDP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

2、socket的函數用法

類型	描述
客戶端socket函數
s.connect(address)	連接到address處的套接字。一般address的格式爲元組（hostname,port），如果連接出錯，返回socket.error錯誤。
s.connect_ex(adddress)	功能與connect(address)相同，但是成功返回0，失敗返回errno的值。
公共socket函數
==s.recv(bufsize[,flag]) ==	接受TCP套接字的數據。數據以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大數據量。flag提供有關消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send(string[,flag])	發送TCP數據。將string中的數據發送到連接的套接字。返回值是要發送的字節數量，該數量可能小於string的字節大小。
s.sendall(string[,flag])	完整發送TCP數據。將string中的數據發送到連接的套接字，但在返回之前會嘗試發送所有數據。成功返回None，失敗則拋出異常。
s.recvfrom(bufsize[.flag])	接受UDP套接字的數據。與recv()類似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收數據的字符串，address是發送數據的套接字地址。
s.sendto(string[,flag],address)	發送UDP數據。將數據發送到套接字，address是形式爲（ipaddr，port）的元組，指定遠程地址。返回值是發送的字節數。
s.close()	關閉套接字。
s.getpeername()	返回連接套接字的遠程地址。返回值通常是元組（ipaddr,port）
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一個元組(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	設置給定套接字選項的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字選項的值。
s.settimeout(timeout)	設置套接字操作的超時期，timeout是一個浮點數，單位是秒。值爲None表示沒有超時期。一般，超時期應該在剛創建套接字時設置，因爲它們可能用於連接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回當前超時期的值，單位是秒，如果沒有設置超時期，則返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag爲0，則將套接字設爲非阻塞模式，否則將套接字設爲阻塞模式（默認值）。非阻塞模式下，如果調用recv()沒有發現任何數據，或send()調用無法立即發送數據，那麼將引起socket.error異常。
s.makefile()	創建一個與該套接字相關連的文件
服務端socket函數
s.bind(address)	將套接字綁定到地址, 在AF_INET下,以元組（host,port）的形式表示地址
s.listen(backlog)	開始監聽TCP傳入連接。backlog指定在拒絕連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數量。該值至少爲1，大部分應用程序設爲5就可以了。
s.accept()	接受TCP連接並返回（conn,address）,其中conn是新的套接字對象，可以用來接收和發送數據。address是連接客戶端的地址。

注意點:

1）TCP發送數據時，已建立好TCP連接，所以不需要指定地址。UDP是面向無連接的，每次發送要指定是發給誰。

2）服務端與客戶端不能直接發送列表，元組，字典。需要字符串化repr(data)。

五、socket編程步驟(思路)

1、原理圖一

2、原理圖二

3、實現步驟

TCP服務端：

1. 創建套接字，綁定套接字到本地IP與端口
2. 開始監聽連接
3. 進入循環，不斷接受客戶端的連接請求
4. 然後接收傳來的數據，併發送給對方數據
5. 傳輸完畢後，關閉套接字
6. 回收系統資源

TCP客戶端:

1. 創建套接字
2. 連接遠端地址
3. 連接後發送數據和接收數據
4. 傳輸完畢後，關閉套接字

4、實例演示

服務端代碼

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

# 2、綁定(主機,端口號)到套接字
tcpSock.bind(('127.0.0.1', 8898))

# 3、開始監聽
tcpSock.listen(4)  # 半進程池，4是指最多支持掛起(0-4),5個半進程


print('====服務端等待請求中====')
while True:
	# 4、被動接受TCP客戶的連接,(阻塞式)等待連接的到來,返回值是
	# 接受TCP連接並返回（conn,address）,其中conn是新的套接字對象，可以用來接收和發送數據。address是連		接客戶端的地址。
    conn, addr = tcpSock.accept()
    print('新用戶：', addr)
    while True:
        try:
             # 5、 接受TCP套接字數據
    		data = conn.recv(1024)  # 接受TCP套接字的數據，1024爲接受的最大數據量
    		 if not cmd:break  # 如果傳入的數據爲空，容易造成卡頓。
            print('server===>')
            print(data)
            conn.send(data.upper()) # 發送TCP數據。將收到的內容，變成大寫傳給客戶端
        except ConnectionResetError:  # 如果出現客戶端斷開鏈接，用異常處理保證程序正常運行
            print('===開始連接新用戶===')
            break
    conn.close()  # 關閉套接字

tcpSock.close()  # 回收系統資源

客戶端代碼

from socket import *

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

while True:
    msg = input('>>: ').strip() # 當發送回車換行，內容爲空，沒有必要發所以就會卡頓。當自己這一端 的內核態沒東西會卡住recv()。加一個判斷是否爲空解決。
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    print('client====>')
    data = phone.recv(1024)
    print(data)