python基础29——soket&套接字&TCP/UDP

Posted 2021-02-28 凌醉枫

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:\\033[1;44m%s\\033[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:\\033[1;44m%s\\033[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:\\033[1;44m%s\\033[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