第二十七天- 網路通信協議 TCP UDP 緩衝區

来源:https://www.cnblogs.com/xi1419/archive/2018/11/23/10005240.html
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1.網路通信協議 osi七層模型：按照分工不同把互聯網協議從邏輯上劃分了層級 socket層 2.理解socket： Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟體抽象層，它是一組介面。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對 ...


 

 

1.網路通信協議

　　osi七層模型：按照分工不同把互聯網協議從邏輯上劃分了層級

 

 

　　socket層

 

2.理解socket：

　　Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟體抽象層，它是一組介面。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對用戶來說，一組簡單的介面就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。我們可理解成模塊，直接拿來用。

 

套接字socket歷史：

套接字起源於 20 世紀 70 年代加利福尼亞大學伯克利分校版本的 Unix,即人們所說的 BSD Unix。 因此,有時人們也把套接字稱為“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一開始,套接字被設計用在同 一臺主機上多個應用程式之間的通訊。這也被稱進程間通訊,或 IPC。套接字有兩種（或者稱為有兩個種族）,分別是基於文件型的和基於網路型的。 

 

　　基於文件類型的套接字家族：　

　　套接字家族的名字：AF_UNIX

　　unix一切皆文件，基於文件的套接字調用的就是底層的文件系統來取數據，兩個套接字進程運行在同一機器，可以通過訪問同一個文件系統間接完成通信

 

　　基於網路類型的套接字家族：

　　套接字家族的名字：AF_INET

　　AF_INET6被用於ipv6，還有一些其他的地址家族，不過，基本沒用，所有地址家族中，AF_INET是使用最廣泛的一 個 ，python支持多種地址家族，不過我們主要用網路編程，所以主要還是AF_INET

 

 

3.基於TCP和UDP兩個協議下socket的通訊

　　TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向連接的協議（eg:打電話）、傳輸效率低全雙工通信（發送緩存&接收緩存）、面向位元組流。使用TCP的應用：Web瀏覽器；電子郵件、文件傳輸程式。

　　UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、無連接的服務，傳輸效率高（發送前時延小），一對一、一對多、多對一、多對多、面向報文，盡最大努力服務，無擁塞控制。使用UDP的應用：功能變數名稱系統　(DNS)；視頻流；IP語音(VoIP)。

 

 

tcp協議下的socket：

　　伺服器端先初始化Socket，然後與埠綁定(bind)，對埠進行監聽(listen)，調用accept阻塞，等待客戶端連接。在這時如果有個客戶端初始化一個Socket，然後連接伺服器(connect)，如果連接成功，這時客戶端與伺服器端的連接就建立了。客戶端發送數據請求，伺服器端接收請求並處理請求，然後把回應數據發送給客戶端，客戶端讀取數據，最後關閉連接，一次交互結束

 

註意：tcp是基於鏈接的，必須先啟動服務端，然後再啟動客戶端去鏈接服務端

基本代碼：

server端

 1 import socket
 2 sk = socket.socket()
 3 sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址綁定到套接字
 4 sk.listen()          #監聽鏈接
 5 conn,addr = sk.accept() #接受客戶端鏈接
 6 ret = conn.recv(1024)  #接收客戶端信息
 7 print(ret)       #列印客戶端信息
 8 conn.send(b'hi')        #向客戶端發送信息
 9 conn.close()       #關閉客戶端套接字
10 sk.close()        #關閉伺服器套接字(可選)

client端

1 import socket
2 sk = socket.socket()           # 創建客戶套接字
3 sk.connect(('127.0.0.1',8898))    # 嘗試連接伺服器
4 sk.send(b'hello!')
5 ret = sk.recv(1024)         # 對話(發送/接收)
6 print(ret)
7 sk.close()            # 關閉客戶套接字

 

相關bug：

1.socket綁定IP和埠時可能出現下麵的問題：不讓重覆使用埠

 1 #加入一條socket配置，重用ip和埠
 2 import socket
 3 from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
 4 sk = socket.socket()
 5 sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #在bind前加，允許地址重用
 6 sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址綁定到套接字
 7 sk.listen()          #監聽鏈接
 8 conn,addr = sk.accept() #接受客戶端鏈接
 9 ret = conn.recv(1024)   #接收客戶端信息
10 print(ret)              #列印客戶端信息
11 conn.send(b'hi')        #向客戶端發送信息
12 conn.close()       #關閉客戶端套接字
13 sk.close()        #關閉伺服器套接字(可選)
View 解決辦法 Code

若任然報錯，出現 OSError: [WinError 10013] 以一種訪問許可權不允許的方式做了一個訪問套接字的嘗試。那麼只能換埠了，因為你的電腦不支持埠重用。

 

2.遠程主機強迫關閉了一個先有連接

這是由於強制斷開造成的，解決很簡單，誰依賴於誰，先關掉依賴者，再關閉被依賴者就好；還有一種是和多個連接造成，tcp協議下最好一對一，一對多可見下麵代碼。

 1 import socket
 2 
 3 server = socket.socket()
 4 ip_port = ('127.0.0.1',8081)
 5 server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)  # 固定寫法,允許地址重用,若還報錯OSerror,系統原因,改埠
 6 
 7 server.bind(ip_port)
 8 server.listen()  # 監聽 可跟參數 n 代表監聽n+1次 如,listen(3),意思是我連接著一個,後面還有3排隊,共4個.
 9 
10 while 1:
11     conn,addr = server.accept()  # 阻塞等待連接
12     while 1:
13         server_msg = input('>>>>> ')
14         server_msg = server_msg.encode('utf-8')
15         conn.send(server_msg)  # 發消息
16         if server_msg == 'byebye':  # 多個客戶端連接時,結束前一個後，跳出當前迴圈到上一個while，重新獲得連接
17             break
18 
19         from_client_msg = conn.recv(1024)  # 接消息
20         from_client_msg = from_client_msg.decode('utf-8')
21         if from_client_msg == 'byebye':
22             break
23         print('來自客戶端的消息：',from_client_msg)
24     conn.close()
View 一對多_服務端 Code 
 1 import socket
 2 
 3 client = socket.socket()
 4 server_ip = ('127.0.0.1',8081)
 5 client.connect(server_ip)
 6 
 7 while 1:
 8     from_server_msg = client.recv(1024)
 9     from_server_msg = from_server_msg.decode('utf-8')
10     print('來自伺服器>>>',from_server_msg)
11     if from_server_msg == 'byebye':
12         break
13 
14     client_msg = input('>>>>> ')
15     client_msg = client_msg.encode('utf-8')
16     client.send(client_msg)
17     if client_msg == 'byebye':
18         break
19 
20 client.close()
View 一對多_客戶端 Code 
 1 # 再來一份即可
 2 import socket
 3 
 4 client = socket.socket()
 5 server_ip = ('127.0.0.1',8081)
 6 client.connect(server_ip)
 7 
 8 while 1:
 9     from_server_msg = client.recv(1024)
10     from_server_msg = from_server_msg.decode('utf-8')
11     print('來自伺服器>>>',from_server_msg)
12     if from_server_msg == 'byebye':
13         break
14 
15     client_msg = input('>>>>> ')
16     client_msg = client_msg.encode('utf-8')
17     client.send(client_msg)
18     if client_msg == 'byebye':
19         break
20 
21 client.close()
View 一對多_客戶端01 Code

 

總結：用socket進行通信，必須是一收一發對應好。

 

 

udp協議下的socket

　　伺服器端先初始化Socket，然後與埠綁定(bind)，recvform接收消息，這個消息有兩項，消息內容和對方客戶端的地址，然後回覆消息時也要帶著你收到的這個客戶端的地址，發送回去，最後關閉連接，一次交互結束。

 

 

註意：udp是無鏈接的，啟動服務之後可以直接接受消息，不需要提前建立鏈接，但在發消息時要跟上地址。

基本 代碼：

server端

1 import socket
2 udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #創建一個伺服器的套接字
3 udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #綁定伺服器套接字
4 msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
5 print(msg)
6 udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 對話(接收與發送)
7 udp_sk.close()                         # 關閉伺服器套接字

client端：

1 import socket
2 ip_port=('127.0.0.1',9000)
3 udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
4 udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
5 back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
6 print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

 

 

4.練習代碼：

 

#  用戶登錄作業用tcp協議下的socket寫：
#  1. 服務端
#     - 等待客戶端來發送數據：用戶名、密碼
#     - 本地文件中查看用戶名密碼是否合法。
#     - 合法：登錄成功
#     - 否則：用戶名或密碼錯誤

#  2. 客戶端
#     - 用戶輸入：用戶名、密碼
#     - 發送到服務端進行校驗。
 1 import socket
 2 import time
 3 
 4 server = socket.socket()
 5 ip_port = ('127.0.0.1',8083)
 6 server.bind(ip_port)
 7 server.listen()
 8 conn,addr = server.accept()  # 等待conn
 9 
10 dic = {'張三':'123','趙四':'345','王八':'567'}
11 
12 client_msg = conn.recv(1024)
13 client_msg = client_msg.decode('utf-8')  # 還原成字典
14 client_msg = eval(client_msg)
15 print(client_msg)
16 time.sleep(5)
17 
18 for k in dic:
19     if {k:dic[k]} == client_msg:
20         conn.send('登錄成功！'.encode('utf-8'))
21     else:
22         conn.send('用戶名或密碼錯誤!'.encode('utf-8'))
View 服務端 Code 
 1 import socket
 2 
 3 client = socket.socket()
 4 server_ip = ('127.0.0.1',8083)
 5 client.connect(server_ip)
 6 
 7 k = input('請輸入賬戶：')
 8 v = input('請輸入密碼：')
 9 # 存入字典，發送給服務端
10 msg = {k:v}
11 client.send(str(msg).encode('utf-8'))
12 
13 from_server_msg = client.recv(1024)
14 print(from_server_msg.decode('utf-8'))
View 客戶端 Code

 

# udp協議下的socket聊天工具(類10086)
#  1. 服務端
#     - 接收客戶端發送的信息並作出回覆。
#     - 檢查是否有某些指定關鍵字並回覆消息，如果發送過來的消息中還有sb字元串，那麼將sb替換成alexsb，然後和你要輸入的內容組合起來發送給客戶端。
#  2. 多個客戶端
#     - 客戶端向服務端發送信息
 1 import socket
 2 
 3 talk_server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
 4 ip_port = ('127.0.0.1',8086)
 5 talk_server.bind(ip_port)
 6 
 7 while 1:
 8     from_client_msg,addr = talk_server.recvfrom(1024)
 9     from_client_msg = from_client_msg.decode('utf-8')
10     print('來自客戶端>>>',from_client_msg)
11     if from_client_msg == 'byebye':
12         break
13 
14     msg = input('>>> ')
15     if 'sb'in from_client_msg:
16         msg2 = from_client_msg.replace('sb', 'alexsb')
17         talk_server.sendto((msg+msg2).encode('utf-8'),addr)
18     else:
19         talk_server.sendto(msg.encode('utf-8'), addr)
20 
21 talk_server.close()
View 服務端 Code 
 1 # udp下複製多個以下代碼即可實現多客戶端 
 2 
 3 import socket
 4 
 5 talk_client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
 6 server_ip_port = ('127.0.0.1',8086)
 7 
 8 while 1:
 9     msg = input('>>>')
10     if msg == 'byebye':
11         break
12     msg = msg.encode('utf-8')
13     talk_client.sendto(msg,server_ip_port)
14 
15     from_server_msg,addr = talk_client.recvfrom(1024)
16     print('來自服務端>>>',from_server_msg.decode('utf-8'))
17 
18 talk_client.close()
View 客戶端 Code

 

 

5.緩衝區：

# 緩衝區: socket對象 在接收和發送數據時都是先放到緩衝區，再到目標地址的，這樣可避免網路延遲、數據丟包等.

socket緩衝區解釋:

每個 socket 被創建後，都會分配兩個緩衝區，輸入緩衝區和輸出緩衝區。

write()/send() 並不立即向網路傳數據，而是先將數據寫入緩衝區中，再由TCP協議將數據從緩衝區發送到目標機器。一旦將數據寫入到緩衝區，函數就可以成功返回，不管它們有沒有到達目標機器，也不管它們何時被髮送到網路，這些都是TCP協議負責的事情。

TCP協議獨立於 write()/send() 函數，數據有可能剛被寫入緩衝區就發送到網路，也可能在緩衝區中不斷積壓，多次寫入的數據被一次性發送到網路，這取決於當時的網路情況、當前線程是否空閑等諸多因素，不由程式員控制。

read()/recv() 函數也是如此，也從輸入緩衝區中讀取數據，而不是直接從網路中讀取。



 

　　


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