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Socket 通信原理

SegmentFault思否  · 公众号  · 程序员  · 2018-03-23 08:00

正文

什么是Socket?

Socket的中文翻译过来就是“套接字”。套接字是什么,我们先来看看它的英文含义:插座。

Socket就像一个电话插座,负责连通两端的电话,进行点对点通信,让电话可以进行通信,端口就像插座上的孔,端口不能同时被其他进程占用。而我们建立连接就像把插头插在这个插座上,创建一个Socket实例开始监听后,这个电话插座就时刻监听着消息的传入,谁拨通我这个“IP地址和端口”,我就接通谁。

实际上,Socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层,它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口,供应用层调用实现进程在网络中的通信。Socket起源于UNIX,在Unix一切皆文件的思想下,进程间通信就被冠名为文件描述符(file desciptor),Socket是一种“打开—读/写—关闭”模式的实现,服务器和客户端各自维护一个“文件”,在建立连接打开后,可以向文件写入内容供对方读取或者读取对方内容,通讯结束时关闭文件。

另外我们经常说到的 Socket所在位置 如下图:

Socket通信过程

Socket保证了不同计算机之间的通信,也就是网络通信。对于网站,通信模型是服务器与客户端之间的通信。两端都建立了一个Socket对象,然后通过Socket对象对数据进行传输。通常服务器处于一个无限循环,等待客户端的连接。

一图胜千言,下面是 面向连接的TCP时序图

客户端过程:

客户端的过程比较简单,创建Socket,连接服务器,将Socket与远程主机连接(注意:只有TCP才有“连接”的概念,一些Socket比如UDP、ICMP和ARP没有“连接”的概念),发送数据,读取响应数据,直到数据交换完毕,关闭连接,结束TCP对话。

  1. import socket

  2. import sys

  3. if __name__ == '__main__':

  4.    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建Socket连接

  5.    sock.connect(('127.0.0.1', 8001))  # 连接服务器

  6.    while True:

  7.        data = input('Please input data:')

  8.        if not data:

  9.            break

  10.        try:

  11.            sock.sendall(data)

  12.        except socket.error as e:

  13.            print('Send Failed...', e)

  14.            sys.exit(0)

  15.        print('Send Successfully')

  16.        res = sock.recv(4096)  # 获取服务器返回的数据,还可以用recvfrom()、recv_into()等

  17.        print(res)

  18.    sock.close()

sock.sendall(data)

这里也可用 send() 方法:不同在于 sendall() 在返回前会尝试发送所有数据,并且成功时返回None,而 send() 则返回发送的字节数量,失败时都抛出异常。

服务端过程:

咱再来聊聊服务端的过程,服务端先初始化Socket,建立流式套接字,与本机地址及端口进行绑定,然后通知TCP,准备好接收连接,调用 accept() 阻塞,等待来自客户端的连接。如果这时客户端与服务器建立了连接,客户端发送数据请求,服务器接收请求并处理请求,然后把响应数据发送给客户端,客户端读取数据,直到数据交换完毕。最后关闭连接,交互结束。

  1. import socket

  2. import sys

  3. if __name__ == '__main__':

  4.    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建Socket连接(TCP)

  5.    print('Socket Created')

  6.    try:

  7.        sock.bind(('127.0.0.1', 8001))  # 配置Socket,绑定IP地址和端口号

  8.    except socket.error as e:

  9.        print('Bind Failed...', e)

  10.        sys.exit(0)

  11.    sock.listen(5)  # 设置最大允许连接数,各连接和Server的通信遵循FIFO原则

  12.    while True:  # 循环轮询Socket状态,等待访问

  13.        conn, addr = sock.accept()

  14.        try:

  15.            conn.settimeout(10)  # 获得一个连接,然后开始循环处理这个连接发送的信息

  16.            # 如果要同时处理多个连接,则下面的语句块应该用多线程来处理

  17.            while True:

  18.                data = conn.recv(1024)

  19.                print('Get value ' + data, end='\n\n')

  20.                if not data:

  21.                    print('Exit Server', end='\n\n')

  22.                    break

  23.                conn.sendall('OK')  # 返回数据

  24.        except socket.timeout:  # 建立连接后,该连接在设定的时间内没有数据发来,就会引发超时

  25.            print('Time out')

  26.        conn.close()  # 当一个连接监听循环退出后,连接可以关掉

  27.    sock.close()

conn, addr = sock.accept()

调用 accept()







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