初识socket

为何学习socket一定要先学习互联网协议：

1.首先：本节课程的目标就是教会你如何基于socket编程，来开发一款自己的C/S架构软件

2.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

3.然后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。

4.最后：就让我们从这些标准开始研究，开启我们的socket编程之旅

   

 

socket层   这是三题                                                                 

                                                        图1 

socket是什么？

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

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)

 六 套接字工作流程

 

一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理。

 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

import socketsocket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)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。获取tcp/ip套接字tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)获取udp/ip套接字udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)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。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

七 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

加上链接循环服务端import socketphone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)# reuseaddr重用ip地址意思是当服务端出现异常断开可以重新连接phone.bind(('127.0.0.1',8080))phone.listen(5)  #监听，指定客户端的连接数print('start ....')while True:  #连接循环    conn,clent_addr = phone.accept()    print('--------',conn,clent_addr)    while True:        try:            '''            实现的功能如下：同时启动服务端和3个客户端，在服务端实现不间断接收客户端            的发送的信息。            由于现在只能串连，所以服务端只能一个一个接收客户端发送的请求。那么现在问题            来了，当服务端正在接收请求时，客户端突然间关闭就会到这报错ConnectionResetError            所以为了防止服务端报错，并能实现不间断的就收数据，我就加了异常处理。加完异常处理后会在linux中            recv（1024）会出现一个问题就是，会不间断的接收为空，所以if not data:break谢了这句话            '''            data = conn.recv(1024)            if not data:break#  针对linux的            print('clent data %s' % data)            conn.send(data.upper())        except Exception:            break    conn.close()phone.close()------------------------------------------------------------------------------------------------客户端import socketphone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)phone.connect(('127.0.0.1',8080))while True:    msg = input(">>:").strip()    if not msg:continue    phone.send(msg.encode('utf-8'))    data = phone.recv(1024)    print('server back res<%s>' % data)phone.close()

模拟ssh 服务端import socketimport  subprocess#获取tcp/ip套接字phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 获取udp/ip套接字# udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# reuseaddr重用ip地址意思是当服务端出现异常断开可以重新连接phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)#绑定IP+端口phone.bind(('127.0.0.1',8080))#监听5个客户端phone.listen(5)print('start....')while True:#连接循环    conn,clent_addr = phone.accept() #被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来    print('------>',conn,clent_addr)    while True:#通讯循环        try:            cmd = conn.recv(1024)#接收TCP数据            if not cmd:break            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,  #shell是命令解释器                                   #这里引用subprocess开启一个子进程                                   stdout=subprocess.PIPE,  #stdou标准正确输出stderr标准错误输出                                    stderr=subprocess.PIPE)  #PIPE管道            stdout=res.stdout.read() #在管道里获取正确的数据，两者都已BYTE格式输出            stderr = res.stderr.read()#在管道里获取错误的数据            #由于不确定管道内的数据是否正确，所以都得读取            conn.send(stdout+stderr)  #，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)            #可以不用拼接的方法来实现        except Exception:            break    conn.close()phone.close()----------------------------------------------------------------------------------------------客户端import socketphone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)phone.connect(('127.0.0.1',8080))while True:    cmd = input('>>:').strip()    print(cmd)    if not cmd:continue    phone.send(cmd.encode('utf-8'))#发    cmd_res=phone.recv(1024)#收    print(cmd_res.decode('gbk'))phone.close()

因为模拟ssh所以这里使用了subproses模块，模块的具体使用，还没写。

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：

#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))

　　

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 = 1net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1net.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 时间方法二