第六章 网络编程-SOCKET开发——续1

6.3——Socket介绍

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。

socket起源于Unix，而Unix/Linux 基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”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）

你想给另一台计算机发消息，你知道他的IP地址，他的机器上同时运行着qq、迅雷、word、浏览器等程序，你想给他的qq发消息，那想一下，你现在只能通过ip找到他的机器，但如果让这台机器知道把消息发给qq程序呢？答案就是通过port,一个机器上可以有0-65535个端口，你的程序想从网络上收发数据，就必须绑定一个端口，这样，远程发到这个端口上的数据，就全会转给这个程序啦

Socket通信套路(10分钟)

当通过socket建立起2台机器的连接后，本质上socket只干2件事，一是收数据，一是发数据，没数据时就等着。

socket 建立连接的过程跟我们现实中打电话比较像，打电话必须是打电话方和接电话方共同完成的事情，我们分别看看他们是怎么建立起通话的

接电话方：

1.首先你得有个电话

2.你的电话要有号码

3.你的电话必须连上电话线

4.开始在家等电话

5.电话铃响了，接起电话，听到对方的声音

打电话方：

1.首先你得有个电话

2.输入你想拨打的电话

3.等待对方接听

4.say “hi 约么，我有七天酒店的打折卡噢~”

5.等待回应——》响应回应——》等待回应。。。。

把它翻译成socket通信

接电话方(socket服务器端)：

1.首先你得有个电话(生成socket对象)

2.你的电话要有号码(绑定本机ip+port)

3.你的电话必须连上电话线(连网)

4.开始在家等电话(开始监听电话listen)

5.电话铃响了，接起电话，听到对方的声音(接受新连接)

打电话方(socket客户端)：

1.首先你得有个电话(生成socket对象)

2.输入你想拨打的电话(connect 远程主机ip+port)

3.等待对方接听

4.say “hi 约么，我有七天酒店的打折卡噢~”(send() 发消息。。。)

5.等待回应——》响应回应——》等待回应。。。。

Socket套接字方法

socket实例类

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

family(socket家族)

• socket.AF_UNIX：用于本机进程间通讯，为了保证程序安全，两个独立的程序(进程)间是不能互相访问彼此的内存的，但为了实现进程间的通讯，可以通过创建一个本地的socket来完成
• socket.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，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

socket type类型

• 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.SOCK_SEQPACKET #废弃了

(Only SOCK_STREAM and SOCK_DGRAM appear to be generally useful.)

proto=0 请忽略，特殊用途

fileno=None 请忽略，特殊用途

服务器套接字函数

• 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

公共用途的套系字函数

• s.recv() 接收数据
• s.send() 发送数据(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，可后面通过实例解释)
• 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() Receive data from the socket. The return value is a pair (bytes, address)
• s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址
• s.close() 关闭套接字
• socket.setblocking(flag) #True or False,设置socket为非阻塞模式，以后讲io异步时会用
• socket.getaddrinfo(host, port, family=0, type=0, proto=0, flags=0) 返回远程主机的地址信息，例子 socket.getaddrinfo('luffycity.com',80)
• socket.getfqdn() 拿到本机的主机名
• socket.gethostbyname() 通过域名解析ip地址

6.4——Socket代码实例

server

# Echo server program
import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        if not data: break #收不到数据，就break
        conn.sendall(data) #把收到的数据再全部返回给客户端

client

# Echo client program
import socket

HOST = 'localhost'    # The remote host
PORT = 50007              # The same port as used by the server

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect((HOST, PORT))
client.sendall(b'Hello, world')

data = client.recv(1024)

print('Received',data)

循环收发数据

第一次接触就这么交待了，只说了一句话，感觉不够过瘾，如何实现更多的交互呢？简单，只需要让客户端不断的发，服务端不断的收就可以了，写个循环搞定

server

# Echo server program
import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("server recv:",conn.getpeername(), data.decode())
        if not data: break #收不到数据，就break
        conn.sendall(data) #把收到的数据再全部返回给客户端

client

# Echo client program
import socket

HOST = 'localhost'    # The remote host
PORT = 50007              # The same port as used by the server

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect((HOST, PORT))

while True: 

    msg = input(">>>:").strip()
    if len(msg) == 0:continue

    client.sendall(msg.encode()) #发送用户输入的数据,必须是bytes模式

    data = client.recv(1024)

    print('Received',data.decode()) #收到服务器的响应后，decode一下

 简单聊天软件

server

import socket

HOST = ''                 # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 50007              # Arbitrary non-privileged port

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.bind((HOST, PORT))

sock_server.listen(1) #开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("recv from Alex:",conn.getpeername(), data.decode())
        if not data: break #收不到数据，就break

        response = input(">>>").strip()
        conn.send(response.encode())
        print("send to alex:",response)

client不需要做更改，直接 看结果

冷静的海峰玩了一会这个程序说，Alex你这个有bug,双方只能一来一往的说话，如果你想连续发2句话是不行的，就卡住了。

对，海峰你说的没错，之所以连续发第2次时会卡住 ，是因为你发了一条消息后，就去调用recv方法接收服务器的响应了，在服务器端返回消息之前，这个recv(1024)方法是阻塞的，如果想允许此时还能再发消息给服务器端，就需要再单独启动一个线程，只负责发消息。当然这就得等我们掌握了线程知识再学啦，此处不多赘述。

此处补充下listen(1)的演示，就是启动多个客户端连接同一个服务端，发现服务端只能同时处理一个请求

聊天软件升级版

刚才在聊天的时候，你会发现，服务端(杠娘)在服务客户端(Alex)的时候，其它人如果也想跟杠娘连接是处于排队状态，然后等Alex完事并断开后，下一个人就跟上，但实际情况是客户端一断开，服务端也跟着断了。

为什么会断呢？因为服务端以下代码的意思是， 如果收不到数据，就跳出循环，就断开了呀

conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象

with conn:
    print('Connected by', addr)
    while True:
        data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
        print("recv from Alex:",conn.getpeername(), data.decode())

        if not data: break #收不到数据，就break ， 就是它干的

        response = input(">>>").strip()
        conn.send(response.encode())
        print("send to alex:",response)

实现一个客户端断开后，可以立刻接入另外一个客户端的话，怎么办呢？只需再在外层加个循环

while True: #最外层loop 

    conn, addr = sock_server.accept() #阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象
    #为何把上面这句话也包含在循环里？
    print("来了个新客人",conn.getpeername() )

    with conn:
        print('Connected by', addr)
        while True:
            data = conn.recv(1024) #接收1024个字节
            print("recv from :",conn.getpeername(), data.decode())
            if not data: break #收不到数据，就break
            conn.send(data.upper())
            print("send to alex:",data)

break跳出后就回到大while那层

问题：

有的同学在重启服务端时可能会遇到

这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法）

解决方法1：

sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #一行代码搞定，写在bind之前
sock_server.bind((HOST, PORT))

解决方法2：

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

UDP实例

udp 不需要经过3次握手和4次挥手，不需要提前建立连接，直接发数据就行。

server端

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #udp类型

udp_server_client.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print("recv ",msg,addr)

    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

client端

import socket
ip_port = ('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE = 1024
udp_server_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    back_msg,addr = udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

演示

TCP VS UDP

tcp基于链接通信

• 基于链接，则需要listen（backlog），指定连接池的大小
• 基于链接，必须先运行的服务端，然后客户端发起链接请求
• 对于mac系统：如果一端断开了链接，那另外一端的链接也跟着完蛋recv将不会阻塞，收到的是空(解决方法是：服务端在收消息后加上if判断，空消息就break掉通信循环)
• 对于windows/linux系统：如果一端断开了链接，那另外一端的链接也跟着完蛋recv将不会阻塞，收到的是空(解决方法是：服务端通信循环内加异常处理，捕捉到异常后就break掉通讯循环)

udp无链接

• 无链接，因而无需listen（backlog），更加没有什么连接池之说了
• 无链接，udp的sendinto不用管是否有一个正在运行的服务端，可以己端一个劲的发消息，只不过数据丢失
• recvfrom收的数据小于sendinto发送的数据时，在mac和linux系统上数据直接丢失，在windows系统上发送的比接收的大直接报错
• 只有sendinto发送数据没有recvfrom收数据，数据丢失