socket套接字通信

一、什么是socket

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　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

二、套接字的发展与分类　　

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,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。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。

　　基于文件类型的套接字家族

　　套接字家族的名字：AF_UNIX

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

　　基于网络类型的套接字家族

　　套接字家族的名字：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)

　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　

三、工作流程

　　套接字的工作流程就好比是日常的打电话！！你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，

　　就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理。

　　 　　 

　　 哈哈，流程图在这：

　　　　　　　　　　　　　　

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

 　　先了解一下在python中socket模块的基本语法吧：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

import socket
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 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。
 
 获取tcp/ip套接字
 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 
 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。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 
　　模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。

 例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

# 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

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

四、基于TCP的套接字

　　　　tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端　　

# tcp服务端
ss = socket() #创建服务器套接字
ss.bind()      #把地址绑定到套接字
ss.listen()      #监听链接
inf_loop:      #服务器无限循环
    cs = ss.accept() #接受客户端链接
    comm_loop:         #通讯循环
        cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
    cs.close()    #关闭客户端套接字
ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

# tcp客户端
cs = socket()    # 创建客户套接字
cs.connect()    # 尝试连接服务器
comm_loop:        # 通讯循环
    cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
cs.close()            # 关闭客户套接字

　　socket通信流程与打电话流程类似，我们就以打电话为例来实现一个low版的套接字通信：

　　服务端：

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议=》tcp协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1', 8081))  # 0-65535, 1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5)  # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为:%s:%s' % ('127.0.0.1', 8080))
# 4、等待电话连接请求：拿到电话连接conn
conn, client_addr = phone.accept()
# print(conn)
print("客户端的ip和端口：", client_addr)

# 5、通信：收发消息
data = conn.recv(1024)  # 最大接收的数据量为1024Bytes，收到的是bytes类型
print("客户端发来的消息：", data.decode('utf-8'))
conn.send(data.upper())

# 6、关闭电话连接conn（必选的回收资源的操作)
conn.close()

　　客户端：

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议=》tcp协议

# 2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1', 8081))

# 3、通信
phone.send('hello '.encode('utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print(data.decode('utf-8'))

# 4、关闭连接(必选的回收资源的操作)
phone.close()

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　改良版：

　　加上链接循环与通信循环

　　服务端：

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议=》tcp协议

# 2、绑定手机卡
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))  # 0-65535, 1024以前的都被系统保留使用

# 3、开机
phone.listen(5)  # 5指的是半连接池的大小
print('服务端启动完成，监听地址为:%s:%s' % ('127.0.0.1', 8080))

# 4、等待电话连接请求：拿到电话连接conn
# 加上链接循环
while True:
    conn, client_addr = phone.accept()

    # 5、通信：收发消息
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)  # 最大接收的数据量为1024Bytes，收到的是bytes类型
            if len(data) == 0:
                # 在unix系统洗，一旦data收到的是空
                # 意味着是一种异常的行为：客户度非法断开了链接
                break
            print("客户端发来的消息：", data.decode('utf-8'))
            conn.send(data.upper())
        except Exception:
            # 针对windows系统
            break

    # 6、关闭电话连接conn（必选的回收资源的操作)
    conn.close()

# 7、关机（可选操作）
phone.close()

　　客户端：

import socket

# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议=》tcp协议

# 2、拨通服务端电话
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

# 3、通信
while True:
    msg = input("输入要发送的消息>>>: ").strip()  # msg=''
    if len(msg) == 0: continue
    
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

# 4、关闭连接(必选的回收资源的操作)
phone.close()

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 五、基于udp的套接字：

　　udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

　　服务端：

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 数据报协议=》udp协议

server.bind(('127.0.0.1', 8081))

while True:
    data, client_addr = server.recvfrom(1024)
    server.sendto(data.upper(), client_addr)

server.close()

　　客户端：

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # 流式协议=》tcp协议

while True:
    msg = input('>>>: ').strip()
    client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8081))
    res = client.recvfrom(1024)
    print(res)

client.close()