用Socket建立简单的数据传输

一. Socket介绍
1. Socket是啥
我们先从插头说起,当我们把插头插入插座,那看起来就像插头和插座连在了一起
而插座的英文叫做socket
在进行网络编程的时候,我们也可以通过socekt进行连接
所以socket是来连接两个设备的,即有服务端和客户端之分,这俩的代码也是不一样的。
2. Socket的网络连接
既然Socket主要是用来解决网络通信的,那么我们就来理解网络中进程是如何通信的。
1. 本地进程间通信
- 1、消息传递(管道、消息队列、FIFO)
- 2、同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)?【不是很明白】
- 3、共享内存(匿名的和具名的,eg:channel)
- 4、远程过程调用(RPC)
2. 网络中进程如何通信
我们要理解网络中进程如何通信,得解决两个问题:
- 1、我们要如何标识一台主机,即怎样确定我们将要通信的进程是在那一台主机上运行。
- 2、我们要如何标识唯一进程,本地通过pid标识,网络中应该怎样标识?
解决办法:
- 1、TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机
- 2、传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程),因此,我们利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
3. Socket怎么通信
现在,我们知道了网络中进程间如何通信,即利用三元组【ip地址,协议,端口】可以进行网络间通信了,那我们应该怎么实现了,因此,我们socket应运而生,它就是利用三元组解决网络通信的一个中间件工具,就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,如UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰)。
Socket通信的数据传输方式,常用的有两种:
a、SOCK_STREAM:表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机,如果损坏或丢失,可以重新发送,但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据,因为要确保数据的正确性,否则网页不能正常解析。
b、SOCK_DGRAM:表示无连接的数据传输方式。计算机只管传输数据,不作数据校验,如果数据在传输中损坏,或者没有到达另一台计算机,是没有办法补救的。也就是说,数据错了就错了,无法重传。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少,所以效率比 SOCK_STREAM 高。
例如:QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 传输数据,因为首先要保证通信的效率,尽量减小延迟,而数据的正确性是次要的,即使丢失很小的一部分数据,视频和音频也可以正常解析,最多出现噪点或杂音,不会对通信质量有实质的影响。
具体的就是TCP的三次握手四次挥手
二. Socket常用函数接口及其原理
1. 图解
图解socket函数:
2. 服务端过程
(1) 使用socket()函数创建套接字
1 | socket.socket(family, type, proto) |
- family:套接字家族 AF_UNIX(进程间通信)、AF_INET(TCP/UDP通信),默认为AF_INET,这里默认就行了。
- type:SOCK_STREAM(数据流,一般是TCP协议)、SOCK_DGRAM(数据包,udp协议),默认是
- proto:一般不填,默认为0
比如我们想要建立一个TCP类型的socket,是这样的
1 | s = socket.socket() # 这样默认就是TCP连接 |
我们要是想要建立UDP类型的Socket:
1 | s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) |
(2) bind绑定服务端IP
这是通过socket对象的bind方法来实现的:
1 | s = socket.socket() |
由AF_INET所创建的套接字,address地址必须是一个双元素元组,格式是(host,port)。host代表主机,port代表端口号。
啥意思呢?我们上面无论是TCP还是UDP用的都是 AF_INET ,所以我们接下来 address = (服务端IP, 服务端开放的端口)
加一起就是这样的:
1 | s = socket.socket() |
主要注意的是,这个address是个元组,即bind后面是俩括号
如果端口号正在使用、主机名不正确或端口已被保留,bind方法将引发socket.error异常
(3) listen方法接收连接请求
backlog指定最多允许多少个客户连接到服务器。它的值至少为1。
收到连接请求后,这些请求需要排队,如果队列满,就拒绝请求。
正常来说backlog为5就行了,即
1 | s = socket.socket() |
(4) accept方法等待客户请求一个连接
1 | s = socket.socket() |
这里注意,是两个变量。
即 s.accept()的结果返回的是俩东西。第一个元素connection是新的socket对象,服务器必须通过它与客户通信;第二个元素 address是客户的Internet地址。
调用accept方法时,socket会时入“waiting”状态。客户请求连接时,方法建立连接并返回服务器
(5) 处理阶段
服务器和客户端通过send和recv方法通信(传输 数据)。
服务器调用send,并采用字符串形式向客户发送信息。send方法返回已发送的字符个数。
服务器使用recv方法从客户接收信息。调用recv 时,服务器必须指定一个整数,它对应于可通过本次方法调用来接收的最大数据量。
recv方法在接收数据时会进入“blocked”状态,最后返回一个字符串,用它表示收到的数据。
如果发送的数据量超过了recv所允许的,数据会被截短。多余的数据将缓冲于接收端。以后调用recv时, 多余的数据会从缓冲区 删除(以及自上次调用recv以来,客户可能发送的其它任何数据)。
(6) 传输结束
服务器调用socket的close方法关闭连接
3. 客户端过程
(1) 创建一个socket以连接服务器
1 | s = socket.socket() |
(2) connect方法连接服务器
对于AF_INET家族,连接格式如下
1 | socket.connect( (host,port) ) |
host代表服务器主机名或IP,port代表服务器进程所绑定的端口号。
如连接成功,客户就可通过套接字与服务器通信,如果连接失败,会引发socket.error异常。
(3) 处理阶段
客户和服务器将通过send方法和recv方法通信。
(4) 传输结束
客户通过调用socket的close方法关闭连接。
4. Socket 函数
注意点:
1)TCP发送数据时,已建立好TCP连接,所以不需要指定地址。UDP是面向无连接的,每次发送要指定是发给谁。
2)服务端与客户端不能直接发送列表,元组,字典。需要字符串化repr(data)。
服务端函数 | 描述 |
---|---|
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。 |
客户端函数 | 描述 |
---|---|
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。 |
| 公共函数 | 描述 |
| ———————————— | ———————————————————————————————————————————————————————————– | ———————— |
| 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 |
5. 例子
我们现在有两个主机,一个是win10,一个是kali linux
win10充当服务端,IP为 172.40.66.163
kali linux充当客户端,IP为 192.168.40.129
这两台主机能够相互ping通,即他俩能正常通信
我们先看服务端的代码
1 | # 服务端IP:172.40.66.163 |
客户端:
1 | # 服务端IP:172.40.66.163 |
我们先在服务器端,即在win10上运行服务端的代码,然后再在kali上运行客户端的代码
我们先运行服务端
可以看到,程序停在了这里,为啥它不会往下走呢?
因为程序被 accecp() 函数阻塞了,等待来自客户端的消息。
我们运行客户端,然后看客户端和服务端上有啥反应
可以看到,已经能够发送信息了。