網路程式設計-socket

李帅啊發表於2024-10-31
程式設計

1.什麼是socket？

socket的意願是“插座”，在計算機通訊領域，socket被翻譯為“套接字”，他是計算機之間進行通訊的一種約定或者一種方式，透過socket這種約定，一臺計算機可以接受其他計算機的資料，也可以向其他計算機傳送資料。

我們把插頭插到插座上就能從電網獲得電力供應，同樣，為了遠端計算機進行資料傳輸，需要連線到因特網，而socket就是用來連線到因特網的工具。

2.Unix/Linux中的socket是什麼？

在Unix/Linux系統中，為了統一對各種硬體的操作，簡化介面，不同的硬體裝置也都被看成一個檔案，對這些檔案的操作，等同於對磁碟上普通檔案的操作。

UNIX/Linux中的一切都是檔案

檔案描述符（file descriptor）

  • 通常用 0 來表示標準輸入檔案（stdin），他對應的硬體裝置就是鍵盤。
  • 通常用 1 來表示標準輸出檔案（stdout）,他對應的硬體裝置就是顯示器。

Unix/Linux程式在執行任何形式的I/O操作時，都是在讀取或者寫入一個檔案描述符，一個檔案描述符只是一個和開啟的檔案相關聯的整數，他的背後可能是一個硬碟上的普通檔案、FIFO、管道、終端、鍵盤、顯示器，甚至是一個網路連線。

我們可以透過socket()來建立一個網路連線，或者說開啟一個網路檔案，socket()的返回值就是檔案描述符，有了檔案描述符，我們就可以使用普通的檔案操作函式來傳輸資料了。

  • 用recv()讀取從遠端計算機傳來的資料；
  • 用write()向遠端計算機寫入資料；

只要使用socket()建立了連線，剩下的就是檔案操作了；網路程式設計就是如此簡單！

3.socket有哪些型別？

根據資料的傳輸方式，可以將Internet套接字分成兩種型別，透過socket()建立連線時，必須告訴它使用哪種資料傳輸方式。

3.1 流格式套接字（SOCK_STREAM）

流格式套接字（stream sockets）也叫“面向連線的套接字”，在程式碼中使用SOCK_STREAM表示。
SOCK_STREAM是一種可靠的、雙向的通訊資料流，資料可以準確無誤地到達另一臺計算機，如果損壞或者丟失，可以重新傳送。
流格式套接字有自己的糾錯機制

SOCK_STREAM的特徵

  • 資料在傳輸過程中不會消失；
  • 資料是按照傳輸順傳輸的；
  • 資料的傳送和接收不是同步的（不存在資料邊界）

可以將SOCK_STREAM比喻成一條傳送帶，只要傳送帶本身沒有問題（不會斷網），就能保證資料不丟失；同時。較晚傳送的資料不會優先到達，較早傳送的資料不會晚到達，這就保證了資料是按照順序傳遞的。

為什麼流格式套接字可以達到高質量的資料傳輸呢？這是因為它使用了 TCP 協議（The Transmission Control Protocol，傳輸控制協議），TCP 協議會控制你的資料按照順序到達並且沒有錯誤。

你也許見過 TCP，是因為你經常聽說“TCP/IP”。TCP 用來確保資料的正確性，IP（Internet Protocol，網路協議）用來控制資料如何從源頭到達目的地，也就是常說的“路由”。

假設傳送帶傳送的是水果，接收者需要湊齊 100 個後才能裝袋，但是傳送帶可能把這 100 個水果分批傳送，比如第一批傳送 20 個，第二批傳送 50 個，第三批傳送 30 個。接收者不需要和傳送帶保持同步，只要根據自己的節奏來裝袋即可，不用管傳送帶傳送了幾批，也不用每到一批就裝袋一次，可以等到湊夠了 100 個水果再裝袋。

也就是說，不管資料分幾次傳送過來，接收端只需要根據自己的要求讀取，不用非得在資料到達時立即讀取。傳送端有自己的節奏，接收端也有自己的節奏，它們是不一致的。

3.2、資料包格式套接字（SOCK_DGRAM）

資料包格式套接字（Datagram Sockets）也叫“無連線的套接字”，在程式碼中使用 SOCK_DGRAM 表示。
計算機只管傳輸資料，不作資料校驗，如果資料在傳輸中損壞，或者沒有到達另一臺計算機，是沒有辦法補救的。也就是說，資料錯了就錯了，無法重傳。

可以將 SOCK_DGRAM 比喻成高速移動的摩托車快遞，它有以下特徵：

另外，用兩輛摩托車分別傳送兩件包裹，那麼接收者也需要分兩次接收，所以“資料的傳送和接收是同步的”；換句話說，接收次數應該和傳送次數相同。

資料包套接字也使用 IP 協議作路由，但是它不使用 TCP 協議，而是使用 UDP 協議（User Datagram Protocol，使用者資料包協議）。

注意：SOCK_DGRAM 沒有想象中的糟糕，不會頻繁的丟失資料，資料錯誤只是小機率事件。

實現服務端和客戶端交流的程式

server端

import socket

# 1.構建套接字物件
sock = socket.socket()

# 2.繫結：度無端的ip和埠
sock.bind(("127.0.0.1",8899))

# 3.確定最大監聽數
sock.listen(3)

# 4.等待連線
while 1:
    print("等待伺服器連線。。。")
    #獲取客戶端的套接字物件和地址
    conn,addr = sock.accept()
    print(conn,addr)

    #conn：傳送訊息  send 方法   接收資料 recv方法
    while 1:
        msg = conn.recv(1024)
        print(msg.decode())
        if msg.decode() == "quit":
            break
        res = input("響應>>>")
        conn.send(res.encode())

client端

import socket

# 建立客戶端的套接字物件
sock = socket.socket()

# 連線伺服器
sock.connect(("127.0.0.1",8899))

while 1:
    data = input(">>>")
    sock.send(data.encode())
    if data == "quit":
        break
    res = sock.recv(1024)
    print("伺服器響應",res.decode())

互動
服務端

客戶端

超出監聽數

監聽數：只包括等待連線的客戶端，連線成功的客戶端不算數

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