python socket原理 及socket如何使(tcp udp协议)

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。

建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API)

主要内容:

• 1.基于TCP协议下的socket通信流程
• 2.基于UDP协议下的socket通信流程
• 3.粘包现象

1.基于TCP协议下的socket通信流程

(1)TCP和UDP的对比

TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向连接的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；文件传输程序。

UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文(数据包)，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

应用层
    对应协议：HTTP,SMTP,POP3
    对应设备：无
传输层
    对应协议：TCP与UDP协议
    对应设备：四层交换机，四层的路由器
网络层
    对应协议：IP协议
    对应设备：路由器，三层交换机
数据链路层
    对应协议：arp协议
    对应设备：网桥，以太网交换机，网卡
物理层
    对象协议：无
    对应设备：中继器，集线器，双绞线

3次握手

client syn为1 随机产生seq=j 进入syn_sent

server 收到syn为1 将标志位syn和ACK都置为1 ack=j+1 产生seq=K 进入syn_rcvd状态

client收到后检查ack是不是j+1 如果是将标志位syn和ack都置为1 ack=K+1 双方进established

4次断开

Client发送 fin 进入fin_wait_1状态

Server 收到fin 发送ack 确认序列号+1 close_wait状态  #告诉客户端你先等一下,我看下我的管道里面是否还有信息,如果有给处理完

Server发送一个fin关闭连接  server进入 last_ack状态

Client收到fin后进入 time_wait 发送ack给server server进入closed(刻漏声的)

TCP 和UDP下socket差异对比图

(2) TCP协议下的socket通信流程

具体的通信流程

• 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

TCP服务器端

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(('127.0.0.1',8898))  #把地址绑定到套接字
sk.listen()          #监听链接
conn,addr = sk.accept() #接受客户端链接 执行这句，表示建立了3次握手
ret = conn.recv(1024)  #接收客户端信息
print(ret)       #打印客户端信息
conn.send(b'hi')        #向客户端发送信息
conn.close()       #关闭客户端套接字 执行这句，表示经历了4次挥手
sk.close()        #关闭服务器套接字(可选) 关闭套接字，不在接收客户端请求。

tcp_server.py

TCP 客户端

import socket
sk = socket.socket()           # 创建客户套接字
sk.connect(('127.0.0.1',8898))    # 尝试连接服务器
sk.send(b'hello!')
ret = sk.recv(1024)         # 对话(/接收)
print(ret)
sk.close()            # 关闭客户套接字

tcp_client.py

#############udp###################

UDP server 通信

import socket
udp_server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) #设置udp方式
ip_port = ('127.0.0.1',8002)
udp_server.bind(ip_port)#把地址绑定到套接字
from_client_msg,client_addr = udp_server.recvfrom(1024)#服务器接收服务发来的值

udp_server.sendto(b'fuwuqi',client_addr)#服务器说 发送给客户端

print(from_client_msg,client_addr)
    #打印服务器说的话  客户端的地址

UDP client 通信

import socket
udp_client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)#使用udp方式
ip_port = ('127.0.0.1',8002)##把地址绑定到套接字
udp_client.sendto(b'hello',ip_port)#客户端 向服务器端发动hello ip地址端口

from_server_msg,server_addr = udp_client.recvfrom(1024)#客户端接收服务发来的值
print(from_server_msg,server_addr)#打印出来

################udp  while方式+名字#################

####server
import socket
lst = {'egon': '\033[1;31m', 'yuan': '\033[1;34m'}
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1', 9090))
while True:
    msg, client_addr = sk.recvfrom(1024)  # udp协议不用建立链接
    name, mesg = msg.decode('utf-8').split(':')
    color = lst.get(name.strip(), '')
    print('%s%s\033[0m' % (color, msg.decode('utf-8')))
    inp = input('>>>')
    sk.sendto(inp.encode('utf-8'), client_addr)
sk.close()

client

import socket
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
name = input('请输入名字: ')
while True:
    inp = input('请输入发送内容: ')#名字
    sk.sendto(('%s : %s' % (name, inp)).encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 9090))
    msg, addr = sk.recvfrom(1024)
    print(msg.decode('utf-8'))
sk.close()

#################写出面向对象的实现方法

###mysocket.py
from socket import *  # 导入socket模块
class Mysocket(socket):  # 继承socket
    def __init__(self,coding='utf-8'):  # 默认编码为utf-8
        self.coding = coding
        super().__init__(type=SOCK_DGRAM)  # 设定为udp协议
    def my_recv(self,num):  # num表示最大字节，比如1024
        msg,addr = self.recvfrom(num)
        return msg.decode(self.coding),addr  # 返回解码后的接收信息
    def my_send(self,msg,addr):  # msg和addr分别表示发送信息和连接ip:端口
        return self.sendto(msg.encode(self.coding),addr)  # 发送编码后的信息

######Server02.py
from mysocket import Mysocket
sk = Mysocket()  # 可以指定编码，默认为utf-8
lst = {'eva': '\033[1;31m', 'yuan': '\033[1;34m'}
sk.bind(('127.0.0.1', 9090))
while True:
    msg, client_addr = sk.my_recv(1024)  # udp协议不用建立链接
    name, mesg = msg.split(':')
    color = lst.get(name.strip(), '')
    print('%s%s\033[0m' % (color, msg))
    inp = input('>>>')
    sk.my_send(inp, client_addr)
sk.close()

##client02
from mysocket import Mysocket
sk = Mysocket()
name = input('请输入名字: ')
while True:
    inp = input('请输入发送内容: ')
    sk.my_send(('%s : %s' % (name, inp)), ('127.0.0.1', 9090))
    msg, addr = sk.my_recv(1024)
    print(msg)
sk.close()

################时间同步服务 

import time
import socket
sk = socket.socket(type = socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1',9090))#绑定端口
while True:
    msg,addr = sk.recvfrom(1024)#接收
    print(msg,addr)
    sk.sendto(time.strftime(msg.decode('utf-8')).encode('utf-8'),addr)#发送
sk.close()

# a=time.strftime('%Y/%m/%d %H:%M:%S')
# print(a)

import time
import socket

sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
while True:
    sk.sendto('%Y/%m/%d %H:%M:%S'.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 9090))  # 执行时间格式
    ret, addr = sk.recvfrom(1024)#接收
    print(addr,ret.decode('utf-8'))
    time.sleep(1)  # 暂停1秒执行
sk.close()