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一、什么是Scoket
Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。
所以，我們無需深入理解tcp/udp協議，socket已經為我們封裝好了，我們只需要遵循socket的規定去編程，寫出的程序自然就是遵循tcp/udp標准的。
- 注意：也有人將socket說成ip+port，ip是用來標識互聯網中的一台主機的位置，而port是用來標識這台機器上的一個應用程序，ip地址是配置到網卡上的，而port是應用程序開啟的，ip與port的綁定就標識了互聯網中獨一無二的一個應用程序，而程序的pid是同一台機器上不同進程或者線程的標識。
二、套接字發展史及分類
套接字起源於 20 世紀 70 年代加利福尼亞大學伯克利分校版本的 Unix,即人們所說的 BSD Unix。 因此,有時人們也把套接字稱為“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一開始,套接字被設計用在同 一台主機上多個應用程序之間的通訊。這也被稱進程間通訊,或 IPC。套接字有兩種（或者稱為有兩個種族）,分別是基於文件型的和基於網絡型的。
2.1 基於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，基於文件的套接字調用的就是底層的文件系統來取數據，兩個套接字進程運行在同一機器，可以通過訪問同一個文件系統間接完成通信
2.2 基於網絡類型的套接字家族
套接字家族的名字：AF_INET
(還有AF_INET6被用於ipv6，還有一些其他的地址家族，不過，他們要么是只用於某個平台，要么就是已經被廢棄，或者是很少被使用，或者是根本沒有實現，所有地址家族中，AF_INET是使用最廣泛的一個，python支持很多種地址家族，但是由於我們只關心網絡編程，所以大部分時候我么只使用AF_INET)
三、套接字工作流程
一個生活中的場景。你要打電話給一個朋友，先撥號，朋友聽到電話鈴聲后提起電話，這時你和你的朋友就建立起了連接，就可以講話了。等交流結束，掛斷電話結束此次交談。 生活中的場景就解釋了這工作原理。
先從服務器端說起。服務器端先初始化Socket，然后與端口綁定(bind)，對端口進行監聽(listen)，調用accept阻塞，等待客戶端連接。在這時如果有個客戶端初始化一個Socket，然后連接服務器(connect)，如果連接成功，這時客戶端與服務器端的連接就建立了。客戶端發送數據請求，服務器端接收請求並處理請求，然后把回應數據發送給客戶端，客戶端讀取數據，最后關閉連接，一次交互結束，使用以下Python代碼實現：
import socket
# 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，默認值為 0
socket.socket(socket_family, socket_type, protocal=0)
# 獲取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 獲取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 由於 socket 模塊中有太多的屬性。我們在這里破例使用了'from module import *'語句。使用 'from socket import *'，我們就把 socket 模塊里的所有屬性都帶到我們的命名空間里了，這樣能大幅減短我們的代碼
tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
3.1 服務端套接字函數
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| s.bind() | 綁定(主機,端口號)到套接字 |
| s.listen() | 開始TCP監聽 |
| s.accept() | 被動接受TCP客戶的連接,(阻塞式)等待連接的到來 |
3.2 客戶端套接字函數
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| s.connect() | 主動初始化TCP服務器連接 |
| s.connect_ex() | connect()函數的擴展版本,出錯時返回出錯碼,而不是拋出異常 |
3.3 公共用途的套接字函數
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| s.recv() | 接收TCP數據 |
| s.send() | 發送TCP數據(send在待發送數據量大於己端緩存區剩余空間時,數據丟失,不會發完) |
| s.sendall() | 發送完整的TCP數據(本質就是循環調用send,sendall在待發送數據量大於己端緩存區剩余空間時,數據不丟失,循環調用send直到發完) |
| s.recvfrom() | 接收UDP數據 |
| s.sendto() | 發送UDP數據 |
| s.getpeername() | 連接到當前套接字的遠端的地址 |
| s.getsockname() | 當前套接字的地址 |
| s.getsockopt() | 返回指定套接字的參數 |
| s.setsockopt() | 設置指定套接字的參數 |
| s.close() | 關閉套接字 |
3.4 面向鎖的套接字方法
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| s.setblocking() | 設置套接字的阻塞與非阻塞模式 |
| s.settimeout() | 設置阻塞套接字操作的超時時間 |
| s.gettimeout() | 得到阻塞套接字操作的超時時間 |
3.5 面向文件的套接字的函數
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| s.fileno() | 套接字的文件描述符 |
| s.makefile() | 創建一個與該套接字相關的文件 |
四、基於TCP協議的套接字編程(簡單)
- 可以通過
netstat -an | findstr 8080查看套接字狀態
4.1 服務端
import socket
#1、買手機
phone = socket.socket(socket.AF_INET,
socket.SOCK_STREAM) #tcp稱為流式協議,udp稱為數據報協議SOCK_DGRAM
# print(phone)
#2、插入/綁定手機卡
# phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind(('127.0.0.1', 8081))
#3、開機
phone.listen(5) # 半連接池，限制的是請求數
#4、等待電話連接
print('start....')
conn, client_addr = phone.accept() #（三次握手建立的雙向連接，（客戶端的ip，端口））
print(conn)
print(client_addr)
#5、通信：收\發消息
data = conn.recv(1024) #最大接收的字節數
print('來自客戶端的數據', data)
conn.send(data.upper())
# import time
# time.sleep(500)
#6、掛掉電話連接
conn.close()
#7、關機
phone.close()
4.2 客戶端
import socket
# socket.AF
#1、買手機
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print(phone)
#2、撥電話
phone.connect(('127.0.0.1', 8081)) # 指定服務端ip和端口
#3、通信：發\收消息
phone.send('hello'.encode('utf-8'))
# phone.send(bytes('hello',encoding='utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print(data)
# import time
# time.sleep(500)
#4、關閉
phone.close()
五、基於TCP協議的套接字編程(循環)
5.1 服務端
import socket
#1、買手機
phone = socket.socket(socket.AF_INET,
socket.SOCK_STREAM) #tcp稱為流式協議,udp稱為數據報協議SOCK_DGRAM
# print(phone)
#2、插入/綁定手機卡
# phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
#3、開機
phone.listen(5) # 半連接池，限制的是請求數
#4、等待電話連接
print('start....')
while True: # 連接循環
conn, client_addr = phone.accept() #（三次握手建立的雙向連接，（客戶端的ip，端口））
# print(conn)
print('已經有一個連接建立成功', client_addr)
#5、通信：收\發消息
while True: # 通信循環
try:
print('服務端正在收數據...')
data = conn.recv(1024) #最大接收的字節數，沒有數據會在原地一直等待收，即發送者發送的數據量必須>0bytes
# print('===>')
if len(data) == 0: break #在客戶端單方面斷開連接，服務端才會出現收空數據的情況
print('來自客戶端的數據', data)
conn.send(data.upper())
except ConnectionResetError:
break
#6、掛掉電話連接
conn.close()
#7、關機
phone.close()
5.2 客戶端1
import socket
#1、買手機
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# print(phone)
#2、撥電話
phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 指定服務端ip和端口
#3、通信：發\收消息
while True: # 通信循環
msg = input('>>: ').strip() #msg=''
if len(msg) == 0: continue
phone.send(msg.encode('utf-8'))
# print('has send----->')
data = phone.recv(1024)
# print('has recv----->')
print(data)
#4、關閉
phone.close()
5.3 客戶端2
import socket
#1、買手機
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# print(phone)
#2、撥電話
phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 指定服務端ip和端口
#3、通信：發\收消息
while True: # 通信循環
msg = input('>>: ').strip()
phone.send(msg.encode('utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print(data)
#4、關閉
phone.close()
六、地址占用問題
有的同學在重啟服務端時可能會遇到：
這個是由於你的服務端仍然存在四次揮手的time_wait狀態在占用地址（如果不懂，請深入研究1.tcp三次握手，四次揮手 2.syn洪水攻擊 3.服務器高並發情況下會有大量的time_wait狀態的優化方法）
6.1 方法一
# 加入一條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))
6.2 方法二(Linux)
發現系統存在大量TIME_WAIT狀態的連接，通過調整linux內核參數解決，
vi /etc/sysctl.conf
編輯文件，加入以下內容：
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
然后執行 /sbin/sysctl -p 讓參數生效。
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示開啟SYN Cookies。當出現SYN等待隊列溢出時，啟用cookies來處理，可防范少量SYN攻擊，默認為0，表示關閉；
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示開啟重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用於新的TCP連接，默認為0，表示關閉；
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示開啟TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認為0，表示關閉。
net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默認的 TIMEOUT 時間