初识socket

一、初识socket

       socket(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BSDUnix。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。socket(套接字)也可用在相同或者不同的设备进程之间进行通信。

       套接字（socket）是一个抽象层，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中，并与网络中的其他应用程序进行通信。网络套接字是IP地址与端口的组合。

       为了满足不同的通信程序对通信质量和性能的要求，一般的网络系统提供了三种不同类型的套接字，以供用户在设计网络应用程序时根据不同的要求来选择。这三种套接为流式套接字（SOCK-STREAM）、数据报套接字（SOCK-DGRAM）和原始套接字（SOCK-RAW）。

流式套接字：它提供了一种可靠的、面向连接的双向数据传输服务，实现了数据无差错、无重复的发送。流式套接字内设流量控制，被传输的数据看作是无记录边界的字节流。在TCP/IP协议簇中，使用TCP协议来实现字节流的传输，当用户想要发送大批量的数据或者对数据传输有较高的要求时，可以使用流式套接字。

数据报套接字：它提供了一种无连接、不可靠的双向数据传输服务。数据包以独立的形式被发送，并且保留了记录边界，不提供可靠性保证。数据在传输过程中可能会丢失或重复，并且不能保证在接收端按发送顺序接收数据。在TCP/IP协议簇中，使用UDP协议来实现数据报套接字。在出现差错的可能性较小或允许部分传输出错的应用场合，可以使用数据报套接字进行数据传输，这样通信的效率较高。

原始套接字：该套接字允许对较低层协议（如IP或ICMP）进行直接访问，常用于网络协议分析，检验新的网络协议实现，也可用于测试新配置或安装的网络设备。
软件开发架构一般分为C/S和B/S两种。

• C/S：Client与Server ，中文意思：客户端与服务器端架构
• B/S：Browser与Server,中文意思：浏览器端与服务器端架构

二、socket.socket()模块简介

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)
初始化参数：
family：套接字有很多家族，AF_INET，AF_UNIX ，AF_IRDA，等多种，我们先学习AF_INET，默认是AF_INET。
AF_UNIX：是基于文件类型的套接字家族，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。
AF_INET：是基于网络类型的套接字家族(还有AF_INET6被用于ipv6，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我们只使用AF_INET)
type：套接字类型有如下几种：默认是SOCK_STREAM。

• SOCK_STREAM：TCP流（常用）
• SOCK_DGRAM¶：UDP数据报（常用）
• SOCK_RAW：原始套接字（常用）
• SOCK_RDM：保证交付数据报但不保证顺序。
• SOCK_SEQPACKET：可靠的连续数据包服务

proto：端口号通常为0，这样socket会随机使用一个没被占用的端口，在能确定端口没被占用的情况下可以手动指定端口号，在地址家族为AF_CAN的情况下，协议应该是CAN_RAW、CAN_BCM或CAN_ISOTP之一。
fileno：从指定的文件描述符中自动检测family，type和proto的值。默认是None。

三、socket object常用方法：

socket.bind(address)：将socket绑定一个地址，这个socket必须没有绑定过。

socket.listen([backlog])：socket服务器进入监听模式以接受连接。如果指定了backlog这个值最少为0。backlog代表没有被 accept 取走的连接数量。如果未指定，系统会选择默认的合理值。

socket.accept()：接受一个连接。socket必须绑定到一个地址并监听连接。返回值是一个元组(conn,address)，其中conn是一个新的套接字对象，用于在连接上发送和接收数据，address是绑定到连接另一端套接字的地址。

socket.recv(bufsize)：接收发送过来的数据。 返回值是一个字节对象，一次接收的最大数据量由bufsize指定。为了与硬件和网络实际情况保持最佳匹配，bufsize的值应为2的次幂，例如1024，2047，4096等。

socket.recvfrom(bufsize)：接收数据。返回值是一个元组(字节，地址)，其中字节是一个字节对象，表示接收到的数据，地址是发送数据的socket的地址。

socket.recvmsg(bufsize,ancbufsize,)：从套接字接收数据和辅助数据。bufsize（字节）接收数据的大小ancbufsize参数设置用于接收辅助数据的内部缓冲区的大小（以字节为单位）。它默认为0，表示将不会接收任何辅助数据。可以使用CMSG_SPACE（）或CMSG_LEN（）计算辅助数据的适当缓冲区大小，不适合缓冲区的项目可能会被截断或丢弃。返回值是一个四元组：（数据，ancdata，msg_flags，address）。数据项是一个字节对象，ancdata项是零个或多个元组（cmsg_level，cmsg_type，cmsg_data）的列表，表示接收到的辅助数据（控制消息）：cmsg_level和cmsg_type是分别指定协议级别和协议特定类型的整数，而cmsg_data是字节对象保存相关数据。 msg_flags项是指示接收消息条件的各种标志的按位或；有关详细信息，请参见系统文档。如果接收套接字未连接，则address是发送套接字的地址（如果有）；否则，其值未指定。

socket.send(bytes)：将数据发送到socket。该socket必须连接到远程socket。返回发送的字节数。

socket.sendall(bytes)：与send（）类似不同的是此方法继续从字节发送数据，直到所有数据都已发送或发生错误为止。 成功不返回任何内容。 如果出错，则会引发异常，所以无法确定成功发送了多少数据。

socket.sendto(bytes,address)：将数据发送到socket。不应连接到远程socket，因为目标socket是按地址指定的。返回发送的字节数。

socket.connect(address)：根据地址连接远程socket。

socket.fileno()：返回socket的文件描述符(一个小整数)，如果失败则返回-1。这对于select.select()非常有用。在Windows下，这个方法返回的小整数不能用于可以使用文件描述符的地方(例如os.fdopen())。Unix没有这个限制。

socket.getpeername()：返回socket连接到的远程地址，端口号。在某些系统上，可能不支持此功能。

socket.getsockname()：返回自己socket的地址和端口号。

socket.getblocking()：如果套接字处于阻塞模式，则返回True;如果处于非阻塞模式，则返回False。适用于Python3.7。

socket.shutdown(how)：关闭连接。如果how=SHUT_RD则不允许接收数据。如果how=SHUT_WR则不允许发送数据。如果how=SHUT_RDWR如何，则不允许发送和接收。

socket.close()：释放与连接关联的资源，但不一定立即关闭连接，套接字对象上的所有后续操作都将失败。远程端将不再接收任何数据。如果希望及时关闭连接，在close()之前调用shutdown()。

socket.detach()：关闭socket对象而不，而不实际关闭底层文件描述符。返回文件描述符，此调用后无法使用socket对象，但可以使用文件描述符，用于其他目的。

socket.settimeout(value)：设置socket阻塞模式下超时时间。value值是非负数（单位：秒），如果给出了value，在value秒后还没有接收到数据，连接请求，将引发超时异常。如果给定0，则套接字将处于非阻塞模式。如果是None，套接字将进入阻塞模式。

参考文档: https://docs.python.org/3/library/socket.html?highlight=socket#socket.AF_INET。

四、简单示例

建立基本的连接

server端：

import socket
server_obj = socket.socket()              # 创建socket对象
server_obj.bind(("socket服务器地址",9000))  # socket绑定IP地址和监听端口
server_obj.listen(5)                      # 监听远程socket连接
con,addr = server_obj.accept()            # 建立socket连接
msg = con.recv(1024).decode("utf-8")      # 接收远程socket发来的数据
print(msg)
con.send(msg.upper().encode("utf-8"))     # 发送数据给远程socket
con.close()         # 关闭连接
server_obj.close()  # 关闭连接

client端：

import socket
client = socket.socket()                # 创建socket对象
client.connect(("远程socket地址",9000))  # 连接远程socket
msg = input(">>>")
client.send(msg.encode("utf-8"))             # 发送数据给远程socket
recv_msg = client.recv(1024).decode("utf-8") # 接收远程socket发来的数据
print(recv_msg)
client.close()  # 关闭socket

上面的示例只能收一次，发一次消息，然后就结束了。下面我们使用while循环，来循环收，发消息。

server端：

import socket
server_obj = socket.socket()              # 创建socket对象
server_obj.bind(("192.168.10.102",9000))  # socket绑定地址和端口
server_obj.listen(5)                      # 监听socket连接请求
con,addr = server_obj.accept()            # 建立socket连接
print('远端socket对象:',con.getpeername()) # 打印远程socket信息
while True:
    try:
        msg = con.recv(1024)  # 接收远程socket发来的数据
        if msg.decode('utf-8').upper()=='Q':break # 如果发来的是q表示断开连接
        print(msg.decode("utf-8"))
        con.send('我接到了你发来的消息'.encode('utf-8'))
    except Exception:
        break
print(连接已断开)
con.close()
server_obj.close()

client端：

import socket
client = socket.socket()                # 创建socket对象
client.connect(("192.168.10.102",9000)) # 连接远程socket
while True:
    msg = input(">>>")
    if msg.upper() == 'Q':break       # 输入q退出程序
    client.send(msg.encode("utf-8"))  # 发送数据给远程socket
    recv_msg = client.recv(1024).decode("utf-8") # 接收远程socket发来的数据
    print(recv_msg)
print('退出程序')
client.close()

此时我们的服务器只能接受一个客户端的连接，如果客户端断开了，服务端将关闭。如果想让服务器一直接受请求一个客户端断开连接后，继续接受下一个客户端的连接，看如下server代码：

import socket
server_obj = socket.socket()              # 创建socket对象
server_obj.bind(("192.168.10.102",9000))  # socket绑定地址和端口
server_obj.listen(5)                      # 监听socket连接请求
while 1:
    print('等待接收远程socket连接......')
    con,addr = server_obj.accept()        # 建立socket连接
    print('连接一台远程socket:',con.getpeername())
    while True:
        try:
            msg = con.recv(1024)          # 接收远程socke
            if msg.decode('utf-8').upper()=='Q':break
            print(msg.decode("utf-8"))
            con.send('我接到了你发来的消息'.encode('utf-8'))
        except Exception:
            break
    con_address,con_port = con.getpeername() # 获取断开socke对象信息
    print(con_address,'断开了连接')
    con.close()
server_obj.close()

关于recv要注意的地方：

当缓冲区没有数据可取时，recv会一直处于阻塞状态，直到缓冲区至少有一个字节数据可取，或者远程端关闭。关闭远程端并读取所有数据后，返回空字符串。