前言:学习本章需要先了解网络协议, 详见:上一章
本章目录
一.什么是socket
二.为什么需要socket
三.socket的发展
四.python中的socket
五.基于TCP的socket
六.基于UDP的socket
六. 粘包问题详解
七.粘包的解决方案
八.socketserver实现并发通讯
引入:为什么一定要先学习网络协议?
之所以学习网络编程就是为了让我们的程序能够利用网络来传输数据,开发出C/S构架的应用程序
而网络的核心,就是协议,没有协议就没有互联网,我们要开发出C/S结构程序则必须遵循这些协议的标准!
就像上帝说可以帮你完成一个愿望,然而上帝和你对话时,你说的话上帝完全听不懂,所有你必须了解上帝使用的语言,说他能听懂的话!
一.什么是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。
socket在OSI模型中的位置
二.为什么需要socket
在标准的OIS模型中并没有规定说必须有socket层,也就是说不使用socket也能完成通讯,是的,的确如此!
那为什么需要socket呢?一个字 懒,程序员都是懒的!
我们发现还没有开始实现应用程序逻辑,就需要花大把时间来实现各种协议,太特么费事儿了,就有人专门把协议中一堆复杂的事情进行了封装,于是socket就诞生了!
有了socket以后,无需自己编写代码实现三次握手,四次挥手,ARP请求,打包数据等等，socket已经封装好了，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。
三.socket的发展
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，但是由于大部通讯都是网络通讯，所以大部分时候使用AF_INET)
四.python中的socket
需明确:关于网络协议 和socket相关概念,对于所有编程语言都是一致的,区别仅仅是各编程语言的函数名称不同
# 1.导入socket模块
import socket
# 2.创建socket对象 函数定义如下
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表示TCP协议 或 SOCK_DGRAM表示UDP协议。
#protocol 一般不填,默认值为 0。
# 2.1获取TCP 套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 或者 后面的参数都有默认值,可以不写,默认创建的是TCP协议socket
tcpSock = socket.socket()
# 2.2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。可以使用'from module import *'语句。使用 'from socket import *',把 socket 模块里的所有属性都导入当前命名空间里了,这样能大幅减短代码。
#例如:tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
要明确一点:无论是客户端服务器端都使用的都是socket对象
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
四.1基于TCP的socket
前言:已经明确socket是别人封装好的接口,使用接口就变的简单了
按照通讯流程编写代码即可
1.TCP通讯流程
重点是要先接受通话请求 才能建立连接进行通话
TCP的通讯流程与打电话的过程非常相似
买手机 == socket()
装进手机卡 == bind()
待机 == listen()
电话来了 接受通话 == accept()
听 == read()
说 == write()
挂电话 == close()
2.TCP服务端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000) #电话卡
BUFSIZE=1024 #收发消息的尺寸
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5) #手机待机
conn,addr=s.accept() #手机接电话
print('接到来自%s的电话' %addr[0])
msg=conn.recv(BUFSIZE) #听消息,听话
print(msg,type(msg))
conn.send(msg.upper()) #发消息,说话
conn.close() #挂电话
s.close() #手机关机
服务端
3.TCP客户端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect_ex(ip_port) #拨电话
s.send('linhaifeng nb'.encode('utf-8')) #发消息,说话(只能发送字节类型)
feedback=s.recv(BUFSIZE) #收消息,听话
print(feedback.decode('utf-8'))
s.close() #挂电话
注意TCP中必须先启动服务器再启动客户端,否则客户端由于无法链接服务器,直接报错!
如上就完成了一个最基本的TCP通讯,但是建立是为了传输数据,二传输数据很多时候并不是一次性就传输完成了,需要多次收发过程,所以需要给代码加上循环
4.改进版服务器端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.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,addr=s.accept() #手机接电话
# print(conn)
# print(addr)
print('接到来自%s的电话' %addr[0])
while True: #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
msg=conn.recv(BUFSIZE) #听消息,听话
print(msg,type(msg))
conn.send(msg.upper()) #发消息,说话
conn.close() #挂电话
s.close() #手机关机
5.改进版客户端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect_ex(ip_port) #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:continue
s.send(msg.encode('utf-8')) #发消息,说话(只能发送字节类型)
feedback=s.recv(BUFSIZE) #收消息,听话
print(feedback.decode('utf-8'))
s.close() #挂电话
6.常见错误:
1.端口占用
在调试过程中,可能会遇见以下错误:
问题发生原因:
1.可能是由于你已经启动了服务器程序,却又再次启动了服务器程序,同一个端口不能被多个进程使用导致!
2.三次握手或四次挥手时,发生了异常导致对方程序已经结束而服务器任然处于time_wait状态导致!
3.在高并发的场景下,由于链接的客户端太多,也会产生大量处于time_wait状态的链接
解决的方案:
第1种原因,很简单关闭之前运行的服务器即可
第2,3中原因导致的问题,有两种解决方案:
1.设置服务器重用端口
#加入一条socket配置，重用ip和端口
phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，必须在bind前加
phone.bind(('127.0.0.1',8081))
2.通过调整linux内核参数解决(了解)
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
2.强行关闭链接
(发生错误演示,运行上面的改进版的服务器与客户端,链接成功后直接停止客户端程序)
当客服端与服务器链接成功后,如果一方没有执行close,而是直接强行终止程序(或是遇到异常被迫终止),都会导致另一方发送问题,
在windows下,接收数据的一方在recv函数处将抛出异常
Traceback (most recent call last):
File "C:/Users/jerry/PycharmProjects/untitled/TCP/server.py", line 9, in <module>
conn.recv(1024)
ConnectionResetError: [WinError 10054] 远程主机强迫关闭了一个现有的连接。
linux下,不会抛出异常会导致接收数据的一方,recv方法不断的收到空消息,造成死循环
要使应用程序能够在不同平台正常工作,那需要分别处理这两个问题
解决方案如下:
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(ip_port)
s.listen(5)
while True:
conn,addr=s.accept()
while True:
try:
msg=conn.recv(BUFSIZE)
#linux不会抛出异常,会接收到空消息,这里加以判断
if not msg:
conn.close()
break
print(msg,type(msg))
conn.send(msg.upper())
except ConnectionResetError:
#只要异常发生则意味着对方以及关闭了,服务器也相应的关闭该链接
conn.close()
break
conn.close()
s.close()
至此TCP通讯模板程序就完成了,可以不断的接收新的链接,不断的收发消息,并且不会因为客户端强制关闭而异常退出!