python Socket编程-python API 与 Linux Socket API之间的关系

python socket编程

by SA19225409

地址协议家族

Python 支持 AF_UNIX、 AF_NETLINK、 AF_TIPC 和 AF_INET 家族
AF_UNIX 基于本地文件通信
AF_INET 基于网络通信
AF_NETLINK 基于用户级别和内核级别代码之间的进程通信
AF_TIPC 基于服务器集群通信，不需要ip寻址

端口

有效的端口号范围为 0～65535（尽管小于 1024 的端口号预留给了系统）。如果你正在使用 POSIX 兼容系统（如 Linux、 Mac OS X 等），那么可以在通过cat /etc/services 查看你文件中预留端口号的列表。
端口号可以分为三个范围：“已知端口”、“注册端口”以及“动态和/或专用端口”。
“已知端口”是从 0 到 1023 的端口。
“注册端口”是从 1024 到 49151 的端口。
“动态和/或专用端口”是从 49152 到 65535 的端口。理论上，不应为服务分配这些端口。

Demo

此次python实现的“hello/hi”版本不是一次通话就结束，是持续的通信，除非一方主动断开，另外利用python的with语句能够捕捉一方连接中断或者其他异常，并进行处理。

服务端

#socket()->bind()->listen()->accept()->recv()-send()

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
from socket import  *

HOST = ''
PORT = 2345
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST,PORT)

#创建AF_INET地址族，TCP的套接字
with socket(AF_INET,SOCK_STREAM) as tcpSerSock:
    #绑定ip和端口
    tcpSerSock.bind(ADDR)
    #监听端口，是否有请求
    tcpSerSock.listen(5)

    while True:
        print("waiting for connect!!")
        #accept() 是阻塞的
        tcpClientSock,addr = tcpSerSock.accept()
        print("the client: ",addr,"is connecting")

        with tcpClientSock:
            #使用一个while循环，持续和客户端通信，直到客户端断开连接或者崩溃
            while True:
                data = tcpClientSock.recv(BUFSIZE)
                #判断客户端是否断开连接
                if not data:
                    break;
                print("client: ",data.decode("utf-8"))
                 #相应客户端请求
                msg = input("server: ")
                tcpClientSock.sendall(msg.encode("utf-8"))
            #客户端退出
            print("client ",addr,"exit!")

客户端

#socket()->connect()->send()->recv()

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8

from socket import *

HOST = "192.168.8.188"
# HOST = "127.0.0.1"
PORT = 2345
ADDR = (HOST,PORT)

with socket(AF_INET,SOCK_STREAM) as tcpCliSock:
   tcpCliSock.connect(ADDR)
   with tcpCliSock:
       while True:
           msg = input("client:")
           tcpCliSock.sendall(msg.encode('utf-8'))
           data=tcpCliSock.recv(1024)
           if not data:
               break
           print("server: ",data.decode("utf-8"))
       print("server crash")

启动服务器进程和客户端进程

python server.py

python client.py

通信结果如下：

netstat

netstat 查看 socket 及其状态的信息
如下结果可以看到客户端进程和服务器进程通过tcp建立连接

isof

isof 命令使用 -i 参数可以查看打开的 socket 连接的 COMMAND, PID(process id) 和 USER(user id)，下面的输出就是打印客户端的连接信息，可以通过man lsof，查看详细信息

tcpdump

tcpdump抓包分析，因为有一个端口号是2345，所以tcpdump的一个参数就可以设为端口号，详细的参数可自行百度

tcpdump 抓包只能看到端口号，如上图是符合通信过程的：客户端(52316端口)向服务端(2345)发送hello，服务端回复hi。

对比python socket API 和 linux socket API

使用strace命令跟踪对比发现，python的API就是对Linux的API进行封装。
strace python ./client.py

Python	Linux
socket(AF_INET,SOCK_STREAM)	socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPRPTO_IP)=3
bind((host,port))	bind(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(2345),sin_addr("0.0.0.0")},16)=0
accept()	accept(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(2345),sin_addr("192.168.8.xx)},[16]))=4
recv(BUFERSIZE)	recvfrom(4,buf_address,lenth,0,NULL,NULL)
sendall(msg.encode("utf-8))	sendto(4,msg,sizeof(msg),0,NULL,0)
connect((host,port))	connect(3,{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(2345),sin_addr("192.168.8.xx)},[16]))=4

表格中的3 ，4表示文件描述符，熟悉linux系统的朋友对文件描述符想必不会陌生，但可以注意到服务器进程产生了两个文件描述符，先是一个3，对应socket创建，而后accept之后，又产生了一个文件描述符4，对应客户端；而客户端始终只有一个3，对应当前连接，可以看到二者的文件描述符是无必然相等关系的。

参考资料：

Python核心编程（第3版） [美] Wesley Chun 著 孙波翔 李斌 李晗 译
博客：tcpdump抓包命令详解.