网络基础——socket的通信流程介绍，基于tcp协议通信的socket程序编写

一、socket的通信流程介绍

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。

 先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束.

#socket()模块函数用法

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

面向文件的套接字的函数
s.fileno()          套接字的文件描述符
s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

二、基于tcp协议通信的套接字程序编写

1、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。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

也有人将socket说成ip+port，ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序，
而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

2、socket编程是 ：基于套接字（传输层及其以下）封装以上的 应用层的程序开发

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1、基于tcp协议实现简单套接字通信（简单版）

#server

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # SOCK_STREAM=》TCP协议
# 2、插手机卡
phone.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 127.0.0.1是本地回环地址，只能自己访问自己，防止外界的干扰 ，端口8080是自己设定的（1025-65535间的任一值，前1024被操作系统占用）
# 3、开机
phone.listen(5) #半链接池5是自己设定的，不能写成：半链接池backlog=5，会报错
print('starting %s:%s' %("127.0.0.1", 8080))
# 4、等电话链接
conn, client_addr = phone.accept()
# 5、收/发消息
data = conn.recv(1024)  # 1024指的是最大接收的字节个数
print("收到的客户端数据：", data.decode('utf-8'))
conn.send(data.upper())
# 6、关闭
conn.close()  # 挂电话
phone.close()  # 关机


#client

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # SOCK_STREAM=》TCP协议
# 2、拨电话
phone.connect(("127.0.0.1", 8080))
# 3、发/收消息
phone.send("hello".encode('utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print("服务的返回的数据：", data.decode('utf-8'))
# 4、关闭
phone.close()

2、基于tcp协议实现简单套接字通信（加上循环改进版）

#server
"""
服务端应该满足的特性：
    1、一直对外提供服务
    2、并发地提供服务
"""
import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # SOCK_STREAM=》TCP协议
# 2、插手机卡
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 本地回环
# 3、开机
phone.listen(5)
print('starting %s:%s' %("127.0.0.1", 8080))
# 4、等电话链接=>链接循环
while True:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    # 5、收/发消息=>通信循环
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)  # 最大接收的字节个数
            if len(data) == 0:  # 针对linux系统
                break
            print("收到的客户端数据：", data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        except Exception:  # 针对windows系统
            break
    # 6、关闭
    conn.close()  # 挂电话
phone.close()  # 关机


#client

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # SOCK_STREAM=》TCP协议
# 2、拨电话
phone.connect(("127.0.0.1", 8080))
# 3、发/收消息=>通信循环
while True:
    msg = input(">>: ").strip()
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    print("服务的返回的数据：", data.decode('utf-8'))
# 4、关闭
phone.close()

3、用于测试的 server

#与改进版server的不同之处是在于这里只是用于一直对外提供服务，缺bind前面一横，还有适用于linux系统的那两行判断

"""
服务端应该满足的特性：
    1、一直对外提供服务

"""
import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # SOCK_STREAM=》TCP协议
# 2、插手机卡
phone.bind(("192.168.11.186", 8888))  # 本地回环
# 3、开机
phone.listen(5)
print('starting %s:%s' %("127.0.0.1", 8888))
# 4、等电话链接=>链接循环
while True:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    # 5、收/发消息=>通信循环
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)  # 最大接收的字节个数
            print("收到的客户端数据：", data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            break
    # 6、关闭
    conn.close()  # 挂电话
phone.close()  # 关机

4、远程执行命令（与地球上别的计算机交互）

#server 在改进版基础上增加了obj那一块内容

"""
服务端应该满足的特性：
    1、一直对外提供服务
    2、并发地提供服务
"""
import socket
import subprocess
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # SOCK_STREAM=》TCP协议
# 2、插手机卡
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)  # 就是它，在bind前加
phone.bind(("127.0.0.1", 8080))  # 本地回环
# 3、开机
phone.listen(5)
print('starting %s:%s' % ("127.0.0.1", 8080))
# 4、等电话链接=>链接循环
while True:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    # 5、收/发消息=>通信循环
    while True:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)  # 最大接收的字节个数
            if len(cmd) == 0:  # 针对linux系统
                break

            obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                                   shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE
                                   )

            res=obj.stdout.read()+obj.stderr.read()  # ???
            print(res)
            conn.send(res)
        except Exception:  # 针对windows系统
            break
    # 6、关闭
    conn.close()  # 挂电话
phone.close()  # 关机

#client

 同改进版的client

5、 补充的要点：
（1）服务端满足的条件：一直服务，并发的提供服务
（2）异常处理
（3）判断data长度，在linux系统上用
（4）ip地址重用问题（就是把软件关了，会发现还没关）解决：
        　　一，系统回收资源慢那就慢慢等会；

　　　　二，换一个端口号试试；

　　　　三，加入一条socket配置，重用ip和端口

　　　　　　phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加

　　　　四，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

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