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【Socket通信】关于Socket通信原理解析及python实现

virtualman6年前 (2018-08-02)默认分类2681

Socket(套接字)通信{网络通信其实就是Socket间的通信},首先了解下概念:【来源于百度百科】

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"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。"

可以这么说,Socket就是一个网络编程的接口(API),它定义了一种标准,并对TCP/IP进行封装,实现了网络传输数据的能力。

这篇文章默认您已经了解IP、端口等基本网络概念,如未了解,请移步:https://baike.baidu.com/item/IP/224599


我们想象这么一个场景,如果两个人,想要互相送一份礼物【用某风快递】,那么每个人都需要知道对方的什么信息?

  1. 地址【IP】:不然你让快递公司送到哪里?【不然你让互联网提供商把数据送到哪台电脑?】

  2. 姓名【端口】:一个地点不一定住一个人啊,快递小哥怎么知道要送给谁?【一台电脑不一定只有一个程序使用网络啊,系统怎么知道把数据传给哪个程序?】

再一点,快递公司有很多种,不一定非得选择某风快递,你也可以用某通快递、某达快递、某国邮政之类的,各有各的特点。在socket通信中也是这样,分为TCP、UDP两种。

TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是基于连接的协议,也就是说,在正式收发数据前,必须和对方建立可靠的连接

UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是面向非连接的协议,它不与对方建立连接,而是直接就把数据包发送过去

关键词我已经标记出来了,配合上面的情景引入,可以很容易的理解。既然各有各的特色,那么根据生物学定理:“结构决定功能”,我们也很容易知道这俩东西肯定有不一样的地方。

TCP,由于是基于双方连接的情况下传输的,因此它的连接以及数据传输是非常稳定可靠的,可以使一台计算机发出的字节流完好无损的发生给另一台计算机。对要求可靠性非常高的应用程序会选择此种通信方式。

UDP,肯定是不太稳定的了,它适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。其实我们常常使用的【ping】命令的工作原理就是向对方主机发送ICMP数据包【自行百度】,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。对了,QQ的聊天功能大部分是用UDP来实现的,因为这样可以使得传输速率极快,但同时也会出现发生失败的情况,更极端的就是遇到掉包的情况。

另外,关于Socket通信还需理解的两对概念:长连接与短连接异步与同步【这个概念理解起来较难,但你可以先不理解,不会妨碍你实现小项目,在你实现完几个小项目后,再反过来看这块,你会有恍然大悟的感觉】

1、长连接 
       顾名思义,长连接就是连接时间更长的连接方式:连接——>传输数据——>等待——>传输数据…………——>结束
       Socket无论在是否使用都处于连接状态,虽然占用资源更小,但安全性较差。

2、短连接
        同样也是顾名思义,短连接就是连接时间更短的连接方式,但会多次连接:连接——>传输数据——>结束  连接——>传输数据…………——>结束
       SOCKET连接后发送后接收完数据后马上断开连接。

 

1、异步 
       报文发送和接收是分开的,相互独立的,互不影响。这种方式又分两种情况: 
       (1)异步双工:接收和发送在同一个程序中,由两个不同的子进程分别负责发送和接收 
       (2)异步单工:接收和发送是用两个不同的程序来完成。 

2、同步 
       报文发送和接收是同步进行,既报文发送后等待接收返回报文。 同步方式一般需要考虑超时问题,即报文发出去后不能无限等待,需要设定超时时间,超过该时间发送方不再等待读返回报文,直接通知超时返回。
       在长连接中一般是没有条件能够判断读写什么时候结束,所以必须要加长度报文头。读函数先是读取报文头的长度,再根据这个长度去读相应长度的报文。  

原谅我,同步异步实在没找到合适的图,我也实在想不出怎么来举栗子能让读者更好的理解。我个人经历是:做了个评测机【评测机和网站服务器间用socket传输数据】后才理解的。

下面我们就得了解这些快递公司到底如何实现交互的?

先看这个图,其实这个图就可以概括一切了,但是为了让大部分更好的理解,我再解释下的。

首先,客户端和服务端会分别新建一个socket,服务端的socket需要通过bind()来绑定上端口,启动listen()进行实时监听,并等待客户端的接入,即accept()。而客户端则需要通过服务器IP和端口两个参数来建立connect()连接,此时,服务器会得到有新客户端连接的信息,启动read()等待客户端数据的传人,客户端如果成功接收到服务端的连接成功后,继续执行write()来向服务端发生数据,同理,服务端也使用这样的模式回馈客户端的数据,知道客户端关闭,服务端会收到客户端退出连接的消息,服务器重新进入等待状态,等待新客户端的进入。

下面是用python写的示例,其他语言也都遵循上面的标准,C++采用的扩展库来实现的,在<WINSOCKET2>这个库中实现。

 1 import socket 
 2 #服务端 
 3 new_socket = socket.socket()         # 创建 socket 对象 
 4 ip = "127.0.0.1"          # 获取本地主机名 
 5 port = 52052                # 设置端口 
 6 new_socket.bind((ip, port))        # 绑定端口 
 7 new_socket.listen(5)                 # 等待客户端连接并设置最大连接数 
 8 while True: 
 9     new_cil, addr = new_socket.accept()     # 建立客户端连接。
 10     print('新进来的客户端的地址:', addr)
 11     print(new_cil.recv().decode())
 12     new_cil.send('答案为6')
 13     new_cil.close()                # 关闭连接
import socket#客户端
ip = "127.0.0.1"
port = 52052
new_socket = socket.socket()  #创建socket对象
new_socket.connect((ip,port))  #连接
new_socket.send("请求给我计算下1+5=多少?".encode(encoding='utf-8')) #发生数据
print("客户端发给服务端:请求给我计算下1+5=多少?") 
back_str = new_socket.recv().decode() #结束数据print("服务端发给客户端:"+back_str)
new_socket.close() #关闭客户端print("客户端结束运行")

人生苦短,我用python!隔壁C语言实现这个至少200行代码!


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