Python 之 Socket编程(TCP/UDP)

Python提供了两个基本的scoket模块分别是:
1.Socket : 它提供了标准的 BSD Sockets API。

SocketServer :它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。
下面讲的是Socket模块功能

一 . Socket 类型

1 . 套接字格式：

socket(family,type[,protocal]) 使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为0）来创建套接字。

socket类型	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET	服务器之间网络通信
socket.AF_INET6	IPv6
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
socket.SOCK_DGRAM	数据报式socket , for UDP
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的连续数据包服务
创建TCP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

创建UDP Socket：	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

2 . 套接字地址：　主机－端口对

有效的端口号： 0～ 65535
但是小于1024的端口号基本上都预留给了操作系统
POSIX兼容系统(如Linux、Mac OS X等)，在/etc/services文件中找到这些预留端口与的列表

3. 面向连接的套接字

面向连接的通信提供序列化、可靠的和不重复的数据交付，而没有记录边界。意味着每条消息都可以拆分多个片段，并且每个消息片段都能到达目的地，然后将它们按顺序组合在一起,最后将完整的信息传递给等待的应用程序。
实现方式(TCP)：
　　传输控制协议（TCP），创建TCP必须使用SOCK_STREAM作为套接字类型
　　因为这些套接字（AF_INET）的网络版本使用因特网协议(IP)来搜寻网络中的IP,
　　所以整个系统通常结合这两种协议(TCP/IP)来进行网络间数据通信。

Socket.jpg

4 . 面向无连接的套接字

数据报类型的套接字, 即在通信开始之前并不需要建议连接,当然也无法保证它的顺序性、可靠性或重复性
实现方式(UDP)
　　用户数据包协议（UDP), 创建UDP必须使用SOCK_DGRAM (datagram)作为套接字类型
　　它也使用因特网来寻找网络中主机，所以是UDP和IP的组合名字UDP/IP

二 . 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)。

类型	socket函数	描述
服务端socket函数	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.
服务端socket函数	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。
服务端socket函数	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socket函数	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。
客户端socket函数	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socket函数	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。
公共socket函数	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。
公共socket函数	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。
公共socket函数	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。
公共socket函数	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。
公共socket函数	s.close()	关闭套接字。
公共socket函数	s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
公共socket函数	s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
公共socket函数	s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
公共socket函数	s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
公共socket函数	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()）
公共socket函数	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。
公共socket函数	s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
公共socket函数	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。
公共socket函数	s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件

三 . socket编程思路

1. TCP编程（点对点）

TCP服务端：
1 创建套接字，绑定套接字到本地IP与端口　
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind()
2 开始监听连接
s.listen()
3 进入循环，不断接受客户端的连接请求 s.accept()
4 然后接收传来的数据，并发送给对方数据
s.recv() , s.sendall()
5 传输完毕后，关闭套接字
s.close()
TCP客户端:
1 创建套接字，连接远端地址
socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) , s.connect()
2 连接后发送数据和接收数据 # s.sendall(), s.recv()
3 传输完毕后，关闭套接字
s.close()
简单的demo
- 服务端

import socket               # 导入 socket 模块

s = socket.socket()         # 创建 socket 对象
host = socket.gethostname() # 获取本地主机名
port = 12346                # 设置端口
s.bind((host, port))        # 绑定端口

s.listen(5)                 # 等待客户端连接
while True:
    c, addr = s.accept()     # 建立客户端连接。
    print('连接地址：', addr)
    c.send('欢迎访问菜鸟教程！')
    c.close()  # 关闭连接

客户端：

import socket               # 导入 socket 模块

s = socket.socket()         # 创建 socket 对象
host = socket.gethostname() # 获取本地主机名
port = 12345                # 设置端口好

s.connect((host, port))
print(s.recv(1024))
s.close()

2 . UDP编程（广播）

服务端

from socket import *

HOST = '192.168.1.60'
PORT = 9999

s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
s.connect((HOST, PORT))
while True:
    message = input('send message:>>')
    s.sendall(message)
    data = s.recv(1024)
    print(data)

    s.close()

四 . TCP和UDP的优缺点及区别

1 . TCP的优点缺点：

TCP的优点：可靠，稳定 TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

TCP的缺点： 慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击 TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

什么时候应该使用TCP : 当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：浏览器，用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输.

2 . TCP的优点缺点：

UDP的优点： 快，比TCP稍安全 UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP Flood攻击……

UDP的缺点： 不可靠，不稳定因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

什么时候应该使用UDP：当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下： QQ语音 QQ视频 TFTP ……

3 . TCP与UDP的区别

tcp协议和udp协议的差别
1.基于连接与无连接；
2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
3.UDP程序结构较简单；
4.流模式与数据报模式；
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

	TCP	UDP
是否连接	面向连接	面向非连接
传输可靠性	可靠	不可靠
应用场合	传输大量数据	少量数据
速度	慢	快

TCP与UDP区别总结：
1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）
4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道