在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程之前還有許多的知識(shí)需要普及。socket就是很重要的一環(huán)。今天來(lái)看一看套接字。

1.服務(wù)器端與客戶端

BS架構(gòu) （騰訊通軟件：server+client）

CS架構(gòu) （web網(wǎng)站）

C/S架構(gòu)與socket的關(guān)系：

我們學(xué)習(xí)socket就是為了完成C/S架構(gòu)的開(kāi)發(fā)

2.OSI七層模型

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議按照功能不同分為osi七層或tcp/ip五層或tcp/ip四層

每層運(yùn)行常見(jiàn)物理設(shè)備

詳細(xì)參考：

http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html#_label4

學(xué)習(xí)socket一定要先學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議：

1.首先：本節(jié)課程的目標(biāo)就是教會(huì)你如何基于socket編程，來(lái)開(kāi)發(fā)一款自己的C/S架構(gòu)軟件

2.其次：C/S架構(gòu)的軟件（軟件屬于應(yīng)用層）是基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的

3.然后：網(wǎng)絡(luò)的核心即一堆協(xié)議，協(xié)議即標(biāo)準(zhǔn)，你想開(kāi)發(fā)一款基于網(wǎng)絡(luò)通信的軟件，就必須遵循這些標(biāo)準(zhǔn)。

4.最后：就讓我們從這些標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始研究，開(kāi)啟我們的socket編程之旅

TCP/IP協(xié)議族包括運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層。

?3.socket層

Socket是介于應(yīng)用層和傳輸層之間。

4.socket是什么

Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計(jì)模式中，Socket其實(shí)就是一個(gè)門(mén)面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，一組簡(jiǎn)單的接口就是全部，讓Socket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。

所以，我們無(wú)需深入理解tcp/udp協(xié)議，socket已經(jīng)為我們封裝好了，我們只需要遵循socket的規(guī)定去編程，寫(xiě)出的程序自然就是遵循tcp/udp標(biāo)準(zhǔn)的。

?掃盲篇：

1 將socket說(shuō)成ip+port，ip是用來(lái)標(biāo)識(shí)互聯(lián)網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)的位置，而port是用來(lái)標(biāo)識(shí)這臺(tái)機(jī)器上的一個(gè)應(yīng)用程序，ip地址是配置到網(wǎng)卡上的，而port是應(yīng)用程序開(kāi)啟的，ip與port的綁定就標(biāo)識(shí)了互聯(lián)網(wǎng)中獨(dú)一無(wú)二的一個(gè)應(yīng)用程序

2

3 而程序的pid是同一臺(tái)機(jī)器上不同進(jìn)程或者線程的標(biāo)識(shí)（Google Chrome會(huì)有多個(gè)PID）

?5.套接字的發(fā)展歷程

套接字起源于 20 世紀(jì) 70 年代加利福尼亞大學(xué)伯克利分校版本的 Unix,即人們所說(shuō)的 BSD Unix。 因此,有時(shí)人們也把套接字稱為“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一開(kāi)始,套接字被設(shè)計(jì)用在同 一臺(tái)主機(jī)上多個(gè)應(yīng)用程序之間的通訊。這也被稱進(jìn)程間通訊,或 IPC。套接字有兩種（或者稱為有兩個(gè)種族）,分別是基于文件型的和基于網(wǎng)絡(luò)型的。?

1、基于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，基于文件的套接字調(diào)用的就是底層的文件系統(tǒng)來(lái)取數(shù)據(jù)，兩個(gè)套接字進(jìn)程運(yùn)行在同一機(jī)器，可以通過(guò)訪問(wèn)同一個(gè)文件系統(tǒng)間接完成通信

2、基于網(wǎng)絡(luò)類型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET

(還有AF_INET6被用于ipv6，還有一些其他的地址家族，不過(guò)，他們要么是只用于某個(gè)平臺(tái)，要么就是已經(jīng)被廢棄，或者是很少被使用，或者是根本沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，所有地址家族中，AF_INET是使用最廣泛的一個(gè)，python支持很多種地址家族，但是由于我們只關(guān)心網(wǎng)絡(luò)編程，所以大部分時(shí)候我么只使用AF_INET)

?6.套接字的工作流程

生活中的場(chǎng)景，你要打電話給一個(gè)朋友，先撥號(hào)，朋友聽(tīng)到電話鈴聲后提起電話，這時(shí)你和你的朋友就建立起了連接，就可以講話了。等交流結(jié)束，掛斷電話結(jié)束此次交談。????

生活中的場(chǎng)景就解釋了這工作原理，也許TCP/IP協(xié)議族就是誕生于生活中，這也不一定。

先從服務(wù)器端說(shuō)起。服務(wù)器端先初始化Socket，然后與端口綁定(bind)，對(duì)端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)(listen)，調(diào)用accept阻塞，等待客戶端連接。在這時(shí)如果有個(gè)客戶端初始化一個(gè)Socket，然后連接服務(wù)器(connect)，如果連接成功，這時(shí)客戶端與服務(wù)器端的連接就建立了?？蛻舳税l(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器端接收請(qǐng)求并處理請(qǐng)求，然后把回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉連接，一次交互結(jié)束。

一、socket模塊發(fā)送和接收消息

示例：模擬發(fā)送消息和接收消息的過(guò)程

tcp服務(wù)端（server）

1#!/usr/bin/env python 2# -*- coding:utf-8 -*-? ? ? 3 4import socket 5 6phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#買手機(jī) 7phone.bind(('127.0.0.1',8000))#綁定手機(jī)卡? #改成服務(wù)端網(wǎng)卡IP地址和端口 8phone.listen(5)#開(kāi)機(jī)? 5的作用是最大掛起連接數(shù)? #backlog連接池（也叫半鏈接） 9print('------------->')10conn,addr=phone.accept()#等電話1112msg=conn.recv(1024)#收消息13print('客戶端發(fā)來(lái)的消息是：',msg)14conn.send(msg.upper())#發(fā)消息1516conn.close()17phone.close()

執(zhí)行結(jié)果：

1 ------------->

tcp客戶端(client)

1#!/usr/bin/env python 2# -*- coding:utf-8 -*-? ? ? 3 4import socket 5 6phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 7 8phone.connect(('127.0.0.1',8000))#拔通電話? #改成服務(wù)端網(wǎng)卡IP地址和端口 910phone.send('hello'.encode('utf-8'))#發(fā)消息11data=phone.recv(1024)12print('收到服務(wù)端的發(fā)來(lái)的消息: ',data)1314phone.close()

執(zhí)行結(jié)果：

1 收到服務(wù)端的發(fā)來(lái)的消息:? b'HELLO'

二、功能介紹

①?server = socket.socket()

1參數(shù)一：地址簇 2 3　　socket.AF_INET IPv4（默認(rèn)） 4　　socket.AF_INET6 IPv6 5 6　　socket.AF_UNIX 只能夠用于單一的Unix系統(tǒng)進(jìn)程間通信 7 8參數(shù)二：類型 910socket.SOCK_STREAM　　流式socket ,for TCP （默認(rèn)）11socket.SOCK_DGRAM　　 數(shù)據(jù)報(bào)式socket ,for UDP1213　　socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字無(wú)法處理ICMP、IGMP等網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以處理特殊的IPv4報(bào)文；此外，利用原始套接字，可以通過(guò)IP_HDRINCL套接字選項(xiàng)由用戶構(gòu)造IP頭。14　　socket.SOCK_RDM 是一種可靠的UDP形式，即保證交付數(shù)據(jù)報(bào)但不保證順序。SOCK_RAM用來(lái)提供對(duì)原始協(xié)議的低級(jí)訪問(wèn)，在需要執(zhí)行某些特殊操作時(shí)使用，如發(fā)送ICMP報(bào)文。SOCK_RAM通常僅限于高級(jí)用戶或管理員運(yùn)行的程序使用。15　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的連續(xù)數(shù)據(jù)包服務(wù)1617參數(shù)三：協(xié)議18?。J(rèn)）與特定的地址家族相關(guān)的協(xié)議,如果是 0 ，則系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)地址格式和套接類別,自動(dòng)選擇一個(gè)合適的協(xié)議1920詳情

1# 服務(wù)端 2import socket 3ip_port = ('127.0.0.1',9999) 4sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0) 5sk.bind(ip_port) 6 7while True: 8data,(host,port) = sk.recvfrom(1024) 9print(data,host,port)10sk.sendto(bytes('ok', encoding='utf-8'), (host,port))111213#客戶端14import socket15ip_port = ('127.0.0.1',9999)1617sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM,0)18while True:19inp = input('數(shù)據(jù)：').strip()20ifinp =='exit':21break22sk.sendto(bytes(inp, encoding='utf-8'),ip_port)23data = sk.recvfrom(1024)24print(data)2526sk.close()2728UDP Demo

②server.bind(address)

　　server.bind(address) 將套接字綁定到地址。address地址的格式取決于地址族。在AF_INET下，以元組（host,port）的形式表示地址

③server.listen(backlog)

　　開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)傳入連接。backlog指定在拒絕連接之前，可以掛起的最大連接數(shù)量。backlog等于5，表示內(nèi)核已經(jīng)接到了連接請(qǐng)求，但服務(wù)器還沒(méi)有調(diào)用accept進(jìn)行處理的連接個(gè)數(shù)最大為5,這個(gè)值不能無(wú)限大，因?yàn)橐趦?nèi)核中維護(hù)連接隊(duì)列

④server.setblocking(bool)

　　是否阻塞（默認(rèn)True），如果設(shè)置False，那么accept和recv時(shí)一旦無(wú)數(shù)據(jù)，則報(bào)錯(cuò)

⑤conn,addr =server.accept()

　　接受連接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字對(duì)象，可以用來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。address是連接客戶端的地址。接收TCP 客戶的連接（阻塞式）等待連接的到來(lái)

⑥?client.connect(address)

　　連接到address處的套接字。一般，address的格式為元組（hostname,port）,如果連接出錯(cuò)，返回socket.error錯(cuò)誤。

⑦client.connect_ex(address)

　　同上，只不過(guò)會(huì)有返回值，連接成功時(shí)返回 0 ，連接失敗時(shí)候返回編碼，例如：10061

⑧client.close()

　　關(guān)閉套接字

⑨client.recv(bufsize[,flag])

　接受套接字的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的數(shù)量。flag提供有關(guān)消息的其他信息，通常可以忽略

⑩client.recvfrom(bufsize[.flag])

　　與recv()類似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收數(shù)據(jù)的字符串，address是發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字地址

?server.send(string[,flag])

　　將string中的數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的套接字。返回值是要發(fā)送的字節(jié)數(shù)量，該數(shù)量可能小于string的字節(jié)大小。即：可能未將指定內(nèi)容全部發(fā)送

?server.sendall(string[,flag])　　

　　將string中的數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的套接字，但在返回之前會(huì)嘗試發(fā)送所有數(shù)據(jù)。成功返回None，失敗則拋出異常；

? ? ? 內(nèi)部通過(guò)遞歸調(diào)用send，將所有內(nèi)容發(fā)送出去

?server.sendto(string[,flag],address)

　　將數(shù)據(jù)發(fā)送到套接字，address是形式為（ipaddr，port）的元組，指定遠(yuǎn)程地址。返回值是發(fā)送的字節(jié)數(shù)。該函數(shù)主要用于UDP協(xié)議

?sk.settimeout(timeout)

　　設(shè)置套接字操作的超時(shí)期，timeout是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，單位是秒。值為None表示沒(méi)有超時(shí)期。一般，超時(shí)期應(yīng)該在剛創(chuàng)建套接字時(shí)設(shè)置，因?yàn)樗鼈兛赡苡糜谶B接的操作（如 client 連接最多等待5s ）

?sk.getpeername()

　　返回連接套接字的遠(yuǎn)程地址。返回值通常是元組（ipaddr,port）

?sk.getsockname()

　　返回套接字自己的地址。通常是一個(gè)元組(ipaddr,port)

?sk.fileno()

　套接字的文件描述符

三、ssh程序

整合下上面的代碼，做個(gè)ssh連接的客戶端，實(shí)現(xiàn)基本xshell功能

7.粘包

須知：只有TCP有粘包現(xiàn)象，UDP永遠(yuǎn)不會(huì)粘包。（原因詳見(jiàn)第3點(diǎn)）

1、socket收發(fā)消息的原理

? ? ?socket發(fā)送原理圖

2、為什么會(huì)出現(xiàn)所謂的粘包

原因：接收方不知道消息之間的界限，不知道一次性提取多少字節(jié)的數(shù)據(jù)所造成的。

此外，發(fā)送方引起的粘包是由TCP協(xié)議本身造成的，TCP為提高傳輸效率，發(fā)送方往往要收集到足夠多的數(shù)據(jù)后才發(fā)送一個(gè)TCP段。若連續(xù)幾次需要send的數(shù)據(jù)都很少，通常TCP會(huì)根據(jù)優(yōu)化算法把這些數(shù)據(jù)合成一個(gè)TCP段后一次發(fā)送出去，這樣接收方就收到了粘包數(shù)據(jù)。

TCP（transport control protocol，傳輸控制協(xié)議）是面向連接的，面向流的，提供高可靠性服務(wù)。收發(fā)兩端（客戶端和服務(wù)器端）都要有一一成對(duì)的socket，因此，發(fā)送端為了將多個(gè)發(fā)往接收端的包，更有效的發(fā)到對(duì)方，使用了優(yōu)化方法（Nagle算法），將多次間隔較小且數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)，合并成一個(gè)大的數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行封包。這樣，接收端，就難于分辨出來(lái)了，必須提供科學(xué)的拆包機(jī)制。 即面向流的通信是無(wú)消息保護(hù)邊界的。

UDP（user datagram protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是無(wú)連接的，面向消息的，提供高效率服務(wù)。不會(huì)使用塊的合并優(yōu)化算法，, 由于UDP支持的是一對(duì)多的模式，所以接收端的skbuff(套接字緩沖區(qū)）采用了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)來(lái)記錄每一個(gè)到達(dá)的UDP包，在每個(gè)UDP包中就有了消息頭（消息來(lái)源地址，端口等信息），這樣，對(duì)于接收端來(lái)說(shuō)，就容易進(jìn)行區(qū)分處理了。即面向消息的通信是有消息保護(hù)邊界的。

tcp是基于數(shù)據(jù)流的，于是收發(fā)的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務(wù)端都添加空消息的處理機(jī)制，防止程序卡住，而udp是基于數(shù)據(jù)報(bào)的，即便是你輸入的是空內(nèi)容（直接回車），那也不是空消息，udp協(xié)議會(huì)幫你封裝上消息頭。

3、tcp會(huì)發(fā)生粘包的兩種情況如下：

1、發(fā)送端多次send間隔較短，并且數(shù)據(jù)量較小，tcp會(huì)通過(guò)Nagls算法，封裝成一個(gè)包，發(fā)送到接收端，接收端不知道這個(gè)包由幾部分組成，所以就會(huì)產(chǎn)生粘包。

2、數(shù)據(jù)量發(fā)送的大，接收端接收的小，再接一次，還會(huì)出現(xiàn)上次沒(méi)有接收完成的數(shù)據(jù)。就會(huì)出現(xiàn)粘包。