day 28

什么是socket

socket 是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层，是一组接口，本质上就是封装了，一大堆网络协议的模块。调用就是满足协议要求的。

socket在OSI模型中的位置

为什么需要socket

我们使用socket的原因就是为了使用它里面已经封装好的各种网络协议，使用socket后就不用自己就不用去编写代码来实现三次握手，四次挥手，以及里面一大堆的标准协议，都不用再去刻意的去注意了。只要遵循socket的规定去编程，一定就是遵循tcp/udp标准的。

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。因此也叫伯克利套字，BSD套接字。一开始，套接字被设计用在同一台应用程序之间的通讯。套接字分为两种：基于文件型和基于网络型。

基于文件类型的套接字家族

AF-UNIX

unix一切基于文件，基于文件的套接字调用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个机器，可以同伙访问同一个文件系统间接来完成通信。

基于网络类型的套接字家族

AF-INET

在python中大部分通讯都是网络通讯，所以大部分时候使用 AF-INET。

python中的socket

在所有的编程语言中socket和网络协议相关概念都是一样的，仅仅是在不同的编程语言中所用到

的函数名称不一样而已。

# 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)

不管是服务器还是客户端使用的都是socket对象。

基于TCP的socket

socket 是已经被封装好的接口模块，我们只要根据通讯的流程来编写代码即可。

TCP通讯流程

在图中可以看出，划分为两块区域，服务器和客户端。

首先我们要跟着流程创建一个通讯设备，第二部获取ip地址和端口号，监听设备，然后等待

客户端的连接请求发送过来，到请求发送过来之前不会向下执行，accept 起阻塞的作用，当有客户端给服务器发起请求之后，才会进行对信息进行读取，回应数据，并与客户端进行数据数据之间交互。当客户端与服务器完成四次挥手之后正常结束进程。

tcp 的通讯流程与接打电话的过程十分相似，当只有接收到电话请求时才会进行通话。

拥有手机 == socket（）
装手机卡 == 获得自己的ip和端口号 bind()
打开手机允许别人给我打电话，规定一次接一个电话  == listen（）

电话来了接听电话 == accept（）
开始对话 == send()发出信息，recv()接收信息

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

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

在tcp中必须先启动服务器后再启动客户端，否则客户端由于无法连接到服务器，会直接报错。

在上边的代码中只是实现了，单次信息的交互，在实际生活中，信息的交互并不是一次性的，所以要给信息交互的代码加上循环。

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

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

常见错误

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:

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

#### 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

```python
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:

```python
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!

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:

#### 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

```python
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:

```python
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!

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!