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。

  1. 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
  • 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

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