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

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

s = socket.socket()  # 这样默认就是TCP连接
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 这是完整的，proto不用管它

我们要是想要建立UDP类型的Socket：

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：

s = socket.socket()
s.bind( address )

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：

s = socket.socket()
s.bind( (服务端IP, 服务端开放的端口) )

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

s = socket.socket()
s.listen(5)

(4) accept方法等待客户请求一个连接

s = socket.socket()
connection, address = s.accept()

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

s = socket.socket()

(2) connect方法连接服务器

对于AF_INET家族,连接格式如下

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

# 服务端IP：172.40.66.163  
# 客户端IP：192.168.40.129  
  
  
# 服务端  
import socket  
  
# 创建了一个基于ipv4的，tcp协议的的socket对象  
service = socket.socket()  # 建立socket TCP连接，实例化为sock  
  
service.bind(('172.40.66.163', 8001))  # 绑定本地（服务端）IP，以及对应的端口  
  
''' 你也可以这样写 client.bind(('0.0.0.0', 8001))  
0.0.0.0表示绑定服务端上所有网卡的IP  
'''  
  
service.listen(5)  # 开启监听模式  
  
# 接收客户端的连接，创建socket连接对象，并且返回客户端的连接地址信息  
connection, address = service.accept()  # 通过accept来等待客户端的信息  
  
data = connection.recv(1024)  # 接收客户端发送的消息，1024指每次接收数据量的大小  
  
# 输出客户端发来的消息  
print(data.decode())  # 使用decode是因为通过sock传入的是bytes类型的数据，需要解码才能正确显示  
  
# 向客户端发送消息  
connection.send('我是服务端'.encode())  # 这个 "我是服务端" 是个字符串，我们需要encode一下  
  
connection.close()

客户端：

# 服务端IP：172.40.66.163  
# 客户端IP：192.168.40.129  
  
import socket  
  
client = socket.socket()  # 默认TCP连接  
  
client.connect(('172.40.66.163', 8001))  # 服务端IP，以及服务端开放的端口  
  
# 向服务端发送消息  
client.send('我是客户端'.encode())  # 这个 "我是客户端" 是个字符串，我们需要encode一下  
  
data = client.recv(1024)  # 接受服务端发来的消息  
  
print(data.decode())  # 打印从服务端发来的消息  
  
client.close()  # 关闭

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。