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python socket

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网络通信

  • 使用网络是为了联通多方然后进行通信，把数据从一方传递给另一方

  • 网络编程，让不同的主机进行数据传递，进程之间互相通信

  • ip地址：用来在网络中标记一台主机

  • ipv4：ip version 4 格式：xxx.xxx.xxx.xx 0-255

  • ipv6：ip version 6

ipv4地址分类：

每一个ip地址分为两部分：网络地址和主机地址

1440532-20180912093201807-306001370

D类用来多播

播：单播（一对一）多播（一对多，只让部分人听到）广播（一对多，所有人可听到）

端口：

端口就像一座房子的门，是进出房子的必经之路

端口用于标记一台主机的不同进程

分为两类：

  • 知名端口：每一台主机都默认使用的端口，端口号：0-1023，80分配给HTTP服务，21分配给FTP服务（文件传输）

  • 动态端口：范围：1024-65535

进程：应用程序启动实例，进程拥有代码和打开的文件资源、数据资源、独立的内存空间。

线程：程序的实际执行者，一个进程至少包含一个主线程，也可以拥有更多子线程，线程拥有自己独立的栈空间

线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。

协程：比线程更加轻量级，一个线程可拥有多个协程

socket

首要解决的问题是如何唯一表示一个进程

在一台主机上可用端口来唯一标识一个进程，而在网络中TCP/IP协议簇已经解决了这个问题：网络层中ip地址唯一标识一台主机，而传输层协议+端口唯一标识一台主机的一个进程。由此，网络中进程标识：ip地址+协议+端口

格式：

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# family：指定协议簇（ipv4/ipv6）
 socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)
  • socket类型
socket类型 描述
socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET 服务器之间网络通信，socket网络层使用IPv4协议
socket.AF_INET6 IPv6
socket.SOCK_STREAM 流式socket , for TCP，传输层使用TCP协议
socket.SOCK_DGRAM 数据报式socket , for UDP，传输层使用UDP协议
socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务
创建TCP Socket： s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建UDP Socket： s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
  • socket函数
socket函数 描述
服务端socket函数
s.bind(address) 将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址.
s.listen(backlog) 开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept() 接受TCP连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。
客户端socket函数
s.connect(address) 连接到address处的套接字。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex(adddress) 功能与connect(address)相同，但是成功返回0，失败返回errno的值。
公共socket函数
s.recv(bufsize[,flag]) 接受TCP套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send(string[,flag]) 发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。
s.sendall(string[,flag]) 完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvfrom(bufsize[.flag]) 接受UDP套接字的数据。与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto(string[,flag],address) 发送UDP数据。将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close() 关闭套接字。
s.getpeername() 返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname() 返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value) 设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen]) 返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout) 设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout() 返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno() 返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag) 如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile() 创建一个与该套接字相关连的文件

着重解释一下setsockopt()：

当默认socket选项不够时，使用setsockopt()

  • level：选项定义的层次（套接字描述符）。支持SOL_SOCKET（让setsockopt能够设置套接字层的选项，这些选项独立于协议之外）、IPPROTO_TCP、IPPROTO_IP和IPPROTO_IPV6。
  • optname：指定准备设置的选项，可以设置哪些选项，取决于level参数。

TCP

tcp协议：进行通讯的两方，分为服务端和客户端，需要先建立一个虚拟连接，然后双方程序才能发送业务数据信息

通过三次握手进行

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# description:TCP service
# author:GuiYoung
# time:2021.9.11

import socket

# 主机地址为0.0.0.0，表示绑定本机所有IP地址
IP = '0.0.0.0'
# 端口号
PORT = 5000
# 定义一次从socket缓存区最多读入512字节数据
BUFLEN = 512

# 实例化一个socket对象
listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定地址端口，告知服务端IP地址和端口号
listen_socket.bind((IP,PORT))

# 让socket处于监听状态，等待客户端连接请求
# 参数5表示最多能有五个客户端连接
# 此时已开始连接
listen_socket.listen(5)

# 返回一个元组，包含两个对象
# 第一个是一个新的socket，用于通讯：接收和发送信息
# 第二个包括客户端IP地址和端口号
data_socket, addr = listen_socket.accept()

# 用一个循环来通信
while True:
    # 尝试读取对方发送的消息
    # BUFLEN指定多少个字节
    # recved是字节串，若对方关闭连接，返回一个空字节
    recved = data_socket.recv(BUFLEN)

    if not recved:
        break

    info = recved.decode()
    print(f'client信息：{info}')

    # 发送的类型必须是bytes，需要编码
    data_socket.send(f'收到信息:{info}'.encode())

data_socket.close()
listen_socket.close()
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# description:TCP client
# author:GuiYoung
# time:2021.9.11
import socket

IP = '127.0.0.1'
# 服务端客户端端口需要一致
SERVER_PORT = 5000
BUFLEN = 512

data_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
data_socket.connect((IP,SERVER_PORT))

while True:
    # 读入用户输入的字符串
    to_send = input('>>> ')
    if to_send == 'exit':
        break
    # 需要编码
    data_socket.send(to_send.encode())

    # 等待接收服务端消息
    recved = data_socket.recv(BUFLEN)
    print(f'info:{recved.decode()}')

    data_socket.send(f'收到信息:{recved.decode()}'.encode())

data_socket.close()

UDP

UDP：UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接， 当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等， 因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。

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# description:UDP service
# author:GuiYoung
# time:2021.9.11
import socket

IP = '127.0.0.1'
PORT = 8888
BUFLEN = 512

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto('hello, I am client'.encode(),(IP,PORT))
data, _ = s.recvfrom(512)
print(f'receive info from service:{data.decode()}')
s.close()
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# description:UDP service
# author:GuiYoung
# time:2021.9.11
import socket

IP = '0.0.0.0'
PORT  = 8888
BUFLEN = 512
print("服务器启动")

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind((IP,PORT))

data, client_addr = s.recvfrom(512)
print(f'receive info!{data.decode()}')

s.sendto('hello'.encode(),client_addr)

s.close()