初識socket

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一、初識socket socket(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BSDUnix。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。socket ...


一、初識socket

       socket(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BSDUnix。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。socket(套接字)也可用在相同或者不同的設備進程之間進行通信。

       套接字（socket）是一個抽象層，應用程式可以通過它發送或接收數據，可對其進行像對文件一樣的打開、讀寫和關閉等操作。套接字允許應用程式將I/O插入到網路中，並與網路中的其他應用程式進行通信。網路套接字是IP地址與埠的組合。

       為了滿足不同的通信程式對通信質量和性能的要求，一般的網路系統提供了三種不同類型的套接字，以供用戶在設計網路應用程式時根據不同的要求來選擇。這三種套接為流式套接字（SOCK-STREAM）、數據報套接字（SOCK-DGRAM）和原始套接字（SOCK-RAW）。

流式套接字：它提供了一種可靠的、面向連接的雙向數據傳輸服務，實現了數據無差錯、無重覆的發送。流式套接字內設流量控制，被傳輸的數據看作是無記錄邊界的位元組流。在TCP/IP協議簇中，使用TCP協議來實現位元組流的傳輸，當用戶想要發送大批量的數據或者對數據傳輸有較高的要求時，可以使用流式套接字。

數據報套接字：它提供了一種無連接、不可靠的雙向數據傳輸服務。數據包以獨立的形式被髮送，並且保留了記錄邊界，不提供可靠性保證。數據在傳輸過程中可能會丟失或重覆，並且不能保證在接收端按發送順序接收數據。在TCP/IP協議簇中，使用UDP協議來實現數據報套接字。在出現差錯的可能性較小或允許部分傳輸出錯的應用場合，可以使用數據報套接字進行數據傳輸，這樣通信的效率較高。

原始套接字：該套接字允許對較低層協議（如IP或ICMP）進行直接訪問，常用於網路協議分析，檢驗新的網路協議實現，也可用於測試新配置或安裝的網路設備。
軟體開發架構一般分為C/S和B/S兩種。

  • C/S：Client與Server ，中文意思：客戶端與伺服器端架構
  • B/S：Browser與Server,中文意思：瀏覽器端與伺服器端架構

二、socket.socket()模塊簡介

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)
初始化參數：
family：套接字有很多家族，AF_INET，AF_UNIX ，AF_IRDA，等多種，我們先學習AF_INET，預設是AF_INET。
AF_UNIX：是基於文件類型的套接字家族，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。
AF_INET：是基於網路類型的套接字家族(還有AF_INET6被用於ipv6，AF_INET是使用最廣泛的一個，python支持很多種地址家族，但是由於我們只關心網路編程，所以大部分時候我們只使用AF_INET)
type：套接字類型有如下幾種：預設是SOCK_STREAM。

  • SOCK_STREAM：TCP流（常用）
  • SOCK_DGRAM¶：UDP數據報（常用）
  • SOCK_RAW：原始套接字（常用）
  • SOCK_RDM：保證交付數據報但不保證順序。
  • SOCK_SEQPACKET：可靠的連續數據包服務

proto：埠號通常為0，這樣socket會隨機使用一個沒被占用的埠，在能確定埠沒被占用的情況下可以手動指定埠號，在地址家族為AF_CAN的情況下，協議應該是CAN_RAW、CAN_BCM或CAN_ISOTP之一。
fileno：從指定的文件描述符中自動檢測family，type和proto的值。預設是None。

三、socket object常用方法：

socket.bind(address)：將socket綁定一個地址，這個socket必須沒有綁定過。

socket.listen([backlog])：socket伺服器進入監聽模式以接受連接。如果指定了backlog這個值最少為0。backlog代表沒有被 accept 取走的連接數量。如果未指定，系統會選擇預設的合理值。

socket.accept()：接受一個連接。socket必須綁定到一個地址並監聽連接。返回值是一個元組(conn,address)，其中conn是一個新的套接字對象，用於在連接上發送和接收數據，address是綁定到連接另一端套接字的地址。

socket.recv(bufsize)：接收發送過來的數據。 返回值是一個位元組對象，一次接收的最大數據量由bufsize指定。為了與硬體和網路實際情況保持最佳匹配，bufsize的值應為2的次冪，例如1024，2047，4096等。

socket.recvfrom(bufsize)：接收數據。返回值是一個元組(位元組，地址)，其中位元組是一個位元組對象，表示接收到的數據，地址是發送數據的socket的地址。

socket.recvmsg(bufsize,ancbufsize,)：從套接字接收數據和輔助數據。bufsize（位元組）接收數據的大小ancbufsize參數設置用於接收輔助數據的內部緩衝區的大小（以位元組為單位）。它預設為0，表示將不會接收任何輔助數據。可以使用CMSG_SPACE（）或CMSG_LEN（）計算輔助數據的適當緩衝區大小，不適合緩衝區的項目可能會被截斷或丟棄。返回值是一個四元組：（數據，ancdata，msg_flags，address）。數據項是一個位元組對象，ancdata項是零個或多個元組（cmsg_level，cmsg_type，cmsg_data）的列表，表示接收到的輔助數據（控制消息）：cmsg_level和cmsg_type是分別指定協議級別和協議特定類型的整數，而cmsg_data是位元組對象保存相關數據。 msg_flags項是指示接收消息條件的各種標誌的按位或；有關詳細信息，請參見系統文檔。如果接收套接字未連接，則address是發送套接字的地址（如果有）；否則，其值未指定。

socket.send(bytes)：將數據發送到socket。該socket必須連接到遠程socket。返回發送的位元組數。

socket.sendall(bytes)：與send（）類似不同的是此方法繼續從位元組發送數據，直到所有數據都已發送或發生錯誤為止。 成功不返回任何內容。 如果出錯，則會引發異常，所以無法確定成功發送了多少數據。

socket.sendto(bytes,address)：將數據發送到socket。不應連接到遠程socket，因為目標socket是按地址指定的。返回發送的位元組數。

socket.connect(address)：根據地址連接遠程socket。

socket.fileno()：返回socket的文件描述符(一個小整數)，如果失敗則返回-1。這對於select.select()非常有用。在Windows下，這個方法返回的小整數不能用於可以使用文件描述符的地方(例如os.fdopen())。Unix沒有這個限制。

socket.getpeername()：返回socket連接到的遠程地址，埠號。在某些系統上，可能不支持此功能。

socket.getsockname()：返回自己socket的地址和埠號。

socket.getblocking()：如果套接字處於阻塞模式，則返回True;如果處於非阻塞模式，則返回False。適用於Python3.7。

socket.shutdown(how)：關閉連接。如果how=SHUT_RD則不允許接收數據。如果how=SHUT_WR則不允許發送數據。如果how=SHUT_RDWR如何，則不允許發送和接收。

socket.close()：釋放與連接關聯的資源，但不一定立即關閉連接，套接字對象上的所有後續操作都將失敗。遠程端將不再接收任何數據。如果希望及時關閉連接，在close()之前調用shutdown()。

socket.detach()：關閉socket對象而不，而不實際關閉底層文件描述符。返迴文件描述符，此調用後無法使用socket對象，但可以使用文件描述符，用於其他目的。

 

socket.settimeout(value)：設置socket阻塞模式下超時時間。value值是非負數（單位：秒），如果給出了value，在value秒後還沒有接收到數據，連接請求，將引發超時異常。如果給定0，則套接字將處於非阻塞模式。如果是None，套接字將進入阻塞模式。

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

 

四、簡單示例

建立基本的連接

server端：

import socket
server_obj = socket.socket()              # 創建socket對象
server_obj.bind(("socket伺服器地址",9000))  # socket綁定IP地址和監聽埠
server_obj.listen(5)                      # 監聽遠程socket連接
con,addr = server_obj.accept()            # 建立socket連接
msg = con.recv(1024).decode("utf-8")      # 接收遠程socket發來的數據
print(msg)
con.send(msg.upper().encode("utf-8"))     # 發送數據給遠程socket
con.close()         # 關閉連接
server_obj.close()  # 關閉連接

client端：

import socket
client = socket.socket()                # 創建socket對象
client.connect(("遠程socket地址",9000))  # 連接遠程socket
msg = input(">>>")
client.send(msg.encode("utf-8"))             # 發送數據給遠程socket
recv_msg = client.recv(1024).decode("utf-8") # 接收遠程socket發來的數據
print(recv_msg)
client.close()  # 關閉socket

上面的示例只能收一次，發一次消息，然後就結束了。下麵我們使用while迴圈，來迴圈收，發消息。

server端：

import socket
server_obj = socket.socket()              # 創建socket對象
server_obj.bind(("192.168.10.102",9000))  # socket綁定地址和埠
server_obj.listen(5)                      # 監聽socket連接請求
con,addr = server_obj.accept()            # 建立socket連接
print('遠端socket對象:',con.getpeername()) # 列印遠程socket信息
while True:
    try:
        msg = con.recv(1024)  # 接收遠程socket發來的數據
        if msg.decode('utf-8').upper()=='Q':break # 如果發來的是q表示斷開連接
        print(msg.decode("utf-8"))
        con.send('我接到了你發來的消息'.encode('utf-8'))
    except Exception:
        break
print(連接已斷開)
con.close()
server_obj.close()

client端：

import socket
client = socket.socket()                # 創建socket對象
client.connect(("192.168.10.102",9000)) # 連接遠程socket
while True:
    msg = input(">>>")
    if msg.upper() == 'Q':break       # 輸入q退出程式
    client.send(msg.encode("utf-8"))  # 發送數據給遠程socket
    recv_msg = client.recv(1024).decode("utf-8") # 接收遠程socket發來的數據
    print(recv_msg)
print('退出程式')
client.close()

此時我們的伺服器只能接受一個客戶端的連接，如果客戶端斷開了，服務端將關閉。如果想讓伺服器一直接受請求一個客戶端斷開連接後，繼續接受下一個客戶端的連接，看如下server代碼：

import socket
server_obj = socket.socket()              # 創建socket對象
server_obj.bind(("192.168.10.102",9000))  # socket綁定地址和埠
server_obj.listen(5)                      # 監聽socket連接請求
while 1:
    print('等待接收遠程socket連接......')
    con,addr = server_obj.accept()        # 建立socket連接
    print('連接一臺遠程socket:',con.getpeername())
    while True:
        try:
            msg = con.recv(1024)          # 接收遠程socke
            if msg.decode('utf-8').upper()=='Q':break
            print(msg.decode("utf-8"))
            con.send('我接到了你發來的消息'.encode('utf-8'))
        except Exception:
            break
    con_address,con_port = con.getpeername() # 獲取斷開socke對象信息
    print(con_address,'斷開了連接')
    con.close()
server_obj.close()

關於recv要註意的地方：

當緩衝區沒有數據可取時，recv會一直處於阻塞狀態，直到緩衝區至少有一個位元組數據可取，或者遠程端關閉。關閉遠程端並讀取所有數據後，返回空字元串。


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