• python基础29——soket&套接字&TCP/UDP


    socket层

     Socket为我们封装好了TCP/IP协议,遵守Socket规定编程也就遵循了TCP/IP标准

    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


    套接字

    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)




    套接字的工作流程

     

    
    

    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

    
    
    1 import socket
     2 socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
     3 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。
     4 
     5 获取tcp/ip套接字
     6 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
     7 
     8 获取udp/ip套接字
     9 udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    10 
    11 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。
    12 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

    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

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

    tcp客户端

    1 cs = socket()    # 创建客户套接字
    2 cs.connect()    # 尝试连接服务器
    3 comm_loop:        # 通讯循环
    4     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
    5 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:
    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    ip_port=('127.0.0.1',9000)  #电话卡
    BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
    s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
    s.bind(ip_port) #手机插卡
    s.listen(5)     #手机待机
    
    
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    # print(conn)
    # print(addr)
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    
    msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
    print(msg,type(msg))
    
    conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
    
    conn.close()                    #挂电话
    
    s.close()                       #手机关机
    
    

    客户端:

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    ip_port=('127.0.0.1',9000)
    BUFSIZE=1024
    s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    
    s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
    
    s.send('linhaifeng nb'.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
    
    feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
    print(feedback.decode('utf-8'))
    
    s.close()                                       #挂电话

    加上链接循环与通信循环

    服务端改进版:

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
    BUFSIZE=1024
    s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
    s.bind(ip_port) #手机插卡
    s.listen(5)     #手机待机
    
    
    while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
        conn,addr=s.accept()            #手机接电话
        # print(conn)
        # print(addr)
        print('接到来自%s的电话' %addr[0])
        while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
            msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
    
            # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生
    
            print(msg,type(msg))
    
            conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
    
        conn.close()                    #挂电话
    
    s.close()                       #手机关机
    客户端改进版

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    ip_port=('127.0.0.1',8081)
    BUFSIZE=1024
    s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    
    s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
    
    while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
        msg=input('>>: ').strip()
        if len(msg) == 0:continue
        s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
    
        feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
        print(feedback.decode('utf-8'))
    
    s.close()                                       #挂电话
    
    
    
    
    

    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:

    方法一

    #加入一条socket配置,重用ip和端口
    
    phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它,在bind前加
    phone.bind(('127.0.0.1',8080))

    方法二

    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

    基于UDP的套接字

    udp是无链接的,先启动哪一端都不会报错

    udp服务端

    1 ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
    2 ss.bind()       #绑定服务器套接字
    3 inf_loop:       #服务器无限循环
    4     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
    5 ss.close()                         # 关闭服务器套接字

    udp客户端

    cs = socket()   # 创建客户套接字
    comm_loop:      # 通讯循环
        cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
    cs.close() 

    udp套接字简单示例

    udp服务端

    
    
    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    ip_port=('127.0.0.1',9000)
    BUFSIZE=1024
    udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
    
    udp_server_client.bind(ip_port)
    
    while True:
        msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
        print(msg,addr)
    
        udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)
    
    

    udp客户端

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    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)
     

    *qq聊天(由于udp无连接,所以可以同时多个客户端去跟服务端通信)*

    
    

    udp服务端

    
    
    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    ip_port=('127.0.0.1',8081)
    udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机
    udp_server_sock.bind(ip_port)
    
    while True:
        qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
        print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
        back_msg=input('回复消息: ').strip()
    
        udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)
    
    

    udp客户端1

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    BUFSIZE=1024
    udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
    
    qq_name_dic={
        '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
        '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
        '一棵树':('127.0.0.1',8081),
        '武大郎':('127.0.0.1',8081),
    }
    
    
    while True:
        qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
        while True:
            msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
            if msg == 'quit':break
            if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
            udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])
    
            back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
            print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))
    
    udp_client_socket.close()

    udp客户端2

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket
    BUFSIZE=1024
    udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
    
    qq_name_dic={
        '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
        '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
        '一棵树':('127.0.0.1',8081),
        '武大郎':('127.0.0.1',8081),
    }
    
    
    while True:
        qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
        while True:
            msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
            if msg == 'quit':break
            if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
            udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])
    
            back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
            print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))
    
    udp_client_socket.close()

    服务端运行结果

     

     

    客户端1运行结果

     

     

    客户端2运行结果

     

     
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