1、第七 - 网络编程基础-Socket基础介绍

 　　socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

　　socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）；

socket和file的区别：

• file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】
• socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】。。简单来说，就是数据的发、收动作。

1、Socket内部通信介绍

     socket本质上就是在2台网络互通的电脑之间，架设一个通道，两台电脑通过这个通道来实现数据的互相传递。网络通信都是基于 ip+port 方能定位到目标的具体机器上的具体服务，操作系统有0-65535个端口，每个端口都可以独立对外提供服务。建立一个socket必须至少有2端,一个服务端,一个客户端, 服务端被动等待并接收请求,客户端主动发起请求,连接建立之后,双方可以互发数据。

比如：把一个公司比做一台电脑，那公司的总机号码就相当于ip地址， 每个员工的分机号就相当于端口，你想找公司某个人，必须先打电话到总机，然后再转分机。

1、流程图：

　　

代码的底层结构：

#发送端-客户端
import socket #导入模块
socket.TCP/IP #协议类型
connect(a.IP,a.port) #链接的IP+端口
socket.send(hello) #发送数据A
socket.recv() #接收数据B
socket.close() #关闭socket

#接收端-为服务器端(先有接收端---发送端)
import socket #导人模块
socket.TCP／IP #协议类型
listen(0.0.0.0,6969) #监听端口，如nginx
waiting("卡住数据") #等待接收数据
recv（）   #接收数据A
send（） #发送数据B

 

2、Socket在OSI 中，对应的层级功能理解（copy一张图过来，助自己理解）：

 

2、Socket语法介绍

Socket Families(地址簇)

socket.AF_UNIX unix本机进程间通信
socket.AF_INET　IPV4　
socket.AF_INET6 IPV6

Socket Types

socket.SOCK_STREAM #for tcp
socket.SOCK_DGRAM #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_RDM #是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。

 Socket 方法

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)

Create a new socket using the given address family, socket type and protocol number. The address family should be AF_INET (the default), AF_INET6, AF_UNIX, AF_CAN or AF_RDS. The socket type should beSOCK_STREAM (the default), SOCK_DGRAM, SOCK_RAW or perhaps one of the other SOCK_ constants. The protocol number is usually zero and may be omitted or in the case where the address family is AF_CAN the protocol should be one of CAN_RAW or CAN_BCM. If fileno is specified, the other arguments are ignored, causing the socket with the specified file descriptor to return. Unlike socket.fromfd(), fileno will return the same socket and not a duplicate. This may help close a detached socket using socket.close().

socket.socketpair([family[, type[, proto]]])

Build a pair of connected socket objects using the given address family, socket type, and protocol number. Address family, socket type, and protocol number are as for the socket() function above. The default family is AF_UNIX if defined on the platform; otherwise, the default is AF_INET.

socket.create_connection(address[, timeout[, source_address]])

Connect to a TCP service listening on the Internet address (a 2-tuple (host, port)), and return the socket object. This is a higher-level function than socket.connect(): if host is a non-numeric hostname, it will try to resolve it for both AF_INET and AF_INET6, and then try to connect to all possible addresses in turn until a connection succeeds. This makes it easy to write clients that are compatible to both IPv4 and IPv6.

Passing the optional timeout parameter will set the timeout on the socket instance before attempting to connect. If no timeout is supplied, the global default timeout setting returned by getdefaulttimeout() is used.

If supplied, source_address must be a 2-tuple (host, port) for the socket to bind to as its source address before connecting. If host or port are ‘’ or 0 respectively the OS default behavior will be used.

socket.getaddrinfo(host, port, family=0, type=0, proto=0, flags=0) #获取要连接的对端主机地址

定义
sk = socket.socket()

sk.bind(address)  掌握
　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。

sk.listen(backlog) 掌握
　　开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量。
backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool) 掌握
　　是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。

sk.accept() 掌握
　　接受连接并返回（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。
　　接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来

sk.connect(address) 掌握
　　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。

sk.connect_ex(address) 
　　同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061

sk.close()  掌握
　　关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag]) 掌握
　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量（一般定义为1024）。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])
　　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。

sk.send(string[,flag]) 掌握
　　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。即：可能未将指定内容全部发送。

sk.sendall(string[,flag]) 掌握
　　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。
      内部通过递归调用send，将所有内容发送出去

sk.sendto(string[,flag],address)
　　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。该函数主要用于UDP协议。

sk.settimeout(timeout)  掌握
　　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 client 连接最多等待5s ）

sk.getpeername()  掌握
　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。

sk.getsockname()
　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

sk.fileno()
　　套接字的文件描述符

socket.sendfile(file, offset=0, count=None)
　　发送文件，多数情况下，用不到

 

3、Socket单线程连接简单实例

以模拟打电话昨为例子：

客户端：socket_client.py

import socket
#客户端
client = socket.socket()  #声明socket 类型，同时生成socket链接对象
client.connect(('127.0.0.1',3606))

#所有的文件发送、接收，必须使用bascII类型，如是中文，client.send("中国".encode("utf-8"));相对应的print也要做更改 print ("recv:",data.decode())
client.send(b"Hello World")
data = client.recv(1024)
print ("recv:",data)

client.close()

 服务端：socket_server.py

import socket

# 服务端
server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1',3606)) #绑定要监听的端口
server.listen() #监听

print("我还要开始等电话了")
conn,addr = server.accept() #等信息进来
#conn就是客户端连过来的而在服务器端为其生成的一个连接实例
print (conn,addr)

print("电话来了")
data = conn.recv(1024)
print ("recv:",data)

conn.send(data.upper())
server.close() 

注意执行顺序：先执行服务端(其进程)->执行客户端->还是进行数据传输。脚本的输出结果如下：

1、先执行服务端
>>我还要开始等电话了

2、再执行客户端，进行端口调用，进行数据传递
>>recv: b'HELLO WORLD'

3、检查服务端的输出，是否信息已经接收到。
>>我还要开始等电话了
>><socket.socket fd=4, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 3606), raddr=('127.0.0.1', 57488)> ('127.0.0.1', 57488)
>>电话来了
>>recv: b'Hello World'   #到这，就信息接收完成

 

4、Socket实现处理多个链接

简单版：处理连个客户端连接的服务器

  服务端

import socket
# 服务端
server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1',3607)) #绑定要监听的端口
server.listen() #监听
print("我还要开始等电话了")

while True:
    conn,addr = server.accept()
    print (conn,addr)
    print("电话来了")
    data = conn.recv(1024)
    print ("recv:",data)
    conn.send(data.upper())

server.close()

 客户端

import socket
# 客户端
server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1',3607)) #绑定要监听的端口
server.listen() #监听
print("我还要开始等电话了")

while True:
    conn,addr = server.accept()
    print (conn,addr)
    print("电话来了")
    data = conn.recv(1024)
    print ("recv:",data)
    conn.send(data.upper())

server.close()

执行效果：

开两个客户端分别输入：

第一个终端：
/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.5/bin/python3.5 /Users/mac/PycharmProjects/untitled2/51CTO/6day/socket_client_1.py
>>:chen
recv: CHEN
>>:123

>>:
第二个终端：
/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.5/bin/python3.5 /Users/mac/PycharmProjects/untitled2/51CTO/6day/socket_client_1.py
>>:qing
recv: QING
>>:145

服务端接收：
/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.5/bin/python3.5 /Users/mac/PycharmProjects/untitled2/51CTO/6day/socket_server_1.py
我还要开始等电话了
<socket.socket fd=4, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 3607), raddr=('127.0.0.1', 54138)> ('127.0.0.1', 54138)
电话来了
recv: b'chen'
<socket.socket fd=5, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 3607), raddr=('127.0.0.1', 54139)> ('127.0.0.1', 54139)
电话来了
recv: b'qing'