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套接字详解(socket)

用户认为的信息之间传输只是建立以两个应用程序上,实际上在TCP连接中是靠套接字来作为他们连接的桥梁。

那么什么是套接字呢?

TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点,这种端点就叫做套接字(socket)或插口。套接字用(IP地址:端口号)表示,区分不同应用程序进程间的网络通信和连接,主要有3个参数:通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。

python中的套接字

python中引用套接字的模块是socket,在服务端和客户端间的信息传输中,套接字起到了决定性的作用,因其功能不同共分为三种套接字,一个是监听套接字,在服务端负责一直监听着客户端是否有请求发来;一种是客户端套接字,负责与服务端建立联系并收发信息;最后一种是对等连接套接字,是在服务端和客户端负责收发信息。

上图中出现了双工这个词,那么什么是单工、半双工、全双工呢?

根据通信双方的分工和信号传输方向可将通信分为三种方式:单工、半双工与全双工。单工数据传输只支持数据在一个方向上传输;在同一时间只有一方能接受或发送信息,不能实现双向通信,举例:电视,广播。半双工数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信;在同一时间只可以有一方接受或发送信息,可以实现双向通信。举例:对讲机。全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输,举例:电话通信。

用代码实现服务端与客户端通信

服务端代码如下:

import socket

server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.5',8520))
server.listen(5)
while True:
    a,b = server.accept()
    while True:
        date = a.recv(1024)
        if date:
            print("已收到信息-->{}".format(date.decode()))
            a.send(date)
        else:
            a.close()
            break;

客户端代码如下:

import socket
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.5',8520))
mess = input('--->').encode()
client.send(mess)
print("已收到信息-->{}".format(client.recv(1024)))
client.close()

客户端效果:

--->hello,world!
已收到回应-->b'hello,world!'

服务端效果:

已收到信息-->hello,world!

代码详解

服务端实现上述效果流程:

  1. 创建套接字,即实例化。server = socket.socket()
  2. 绑定地址,且地址是一个元组,里面包括ip和端口,为自己创建了一个地址,用于客户端的连接。server.bind(('127.0.0.5',8520))
  3. 开始监听,此时的套接字server才被真正叫做监听套接字,自此之前,客户端是无法连接过来的。代码中的5表示最大能同时连接到客户端的数量。server.listen(5)
  4. 收到连接请求就建立与客户端连接,返回结果由两个变量接收,第一个变量是对等连接套接字,第二个是客户端的地址(ip和端口)a,b = server.accept(),这里要特别注意是会有阻塞现象,阻塞在下面介绍。
  5. 利用对等连接套接字开启接收信息状态。若接到空值,表示客户端已主动断开连接。这里也会产生一次阻塞,客户端是无法发送空值的。代码的1024表示可以接收的最大字节数。a.recv(1024)
  6. 信息传递讲究一收一发,一发一收。若收到信息,应给客户端一个回复。这里要注意的是信息的传递是以字节的形式。a.send(date)
  7. 若收到空值,最后一步是断开连接。a.close()

客户端实现上述效果流程:

  1. 创建套接字,即实例化生成客户端套接字。client = socket.socket()
  2. 向服务端发送连接请求,连接成功后,原本的客户端套接字实际上就变成了对等连接套接字。代码中的ip和端口是服务端的ip和端口。client.connect(('127.0.0.5',8520))
  3. 向服务端发送信息。client.send(mess)
  4. 向服务端接收信息,这里会发生一次阻塞。client.recv(1024)
  5. 主动断开与服务端的连接,这时客户端会自动向服务端发送一个空值。client.close()

什么是阻塞?

最早我们见过的阻塞应该是input,但那时我们应该还没有这方面的认识,阻塞是指当代码运行的这里时,需要触发到某个条件,代码才能继续运行下去,否则会一直堵在这。而最早见的input,我们只要输入字符再按enter就可以继续运行了。在套接字中我们碰到两个阻塞,一个是accept,它的疏通条件是客户端发送连接请求,还有一个是recv,它的疏通条件是接收的对方发来的信息。

代码中各个对象解剖

实例化对象

绑定地址后

接受到连接请求后

客户端连接成功后

套接字阻塞带来的影响:因为阻塞导致服务端一次只能与一个客户端相连,这在实际应用中是万万不可行的,在下篇博客中,我会对非阻塞套接字做一个总结。