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Python教程系列之socket是什么?套接字是什么?

XAMPP案例 admin 55浏览 0评论
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网络编程就是编写程序使两台联网的计算机相互交换数据。
那么,这两台计算机之间用什么传输数据呢?首先你肯定先需要物理连接嘛。
在此基础上,只需要考虑如何编写数据传输程序。看似很麻烦,但实际上这点不用愁,因为操作系统已经提供了 socket。即使对网络数据传输的原理不太熟悉,我们也能通过 socket 来编程。

一、什么是socket

 

socket 的原意是“插座”,在计算机通信领域,socket 被翻译为“套接字”,它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。
通过 socket 这种约定,一台计算机可以接收其他计算机的数据,也可以向其他计算机发送数据。

socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器:浏览器获取用户输入的 URL,向服务器发起请求,服务器分析接收到的 URL,将对应的网页内容返回给浏览器,浏览器再经过解析和渲染,就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

 

例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email 等等。

二、socket 套接字的分类

 

这个世界上有很多种套接字,Internet 套接字、Unix套接字、X.25 套接字等。
这里我们讨论 Internet 套接字,它是最具代表性的,也是最经典最常用的。我们经常提及的套接字,基本也都是指 Internet 套接字。
根据数据的传输方式,可以将 Internet 套接字分成两种类型。

通过 socket() 函数创建连接时,必须告诉它使用哪种数据传输方式。

 

1、流格式套接字(SOCK_STREAM)

 

流格式套接字(Stream Sockets)也叫“面向连接的套接字”,在代码中使用 SOCK_STREAM 表示。

 

SOCK_STREAM 是一种可靠的、双向的通信数据流,数据可以准确无误地到达另一台计算机,如果损坏或丢失,可以重新发送。
SOCK_STREAM 有以下几个特征:
  • 数据在传输过程中不会消失;
  • 数据是按照顺序传输的;
  • 数据的发送和接收不是同步的(有的说法也称“不存在数据边界”)。
可以将 SOCK_STREAM 想象成一条传输带,只要传输带本身没有问题(不会断网),就能保证数据不丢失;同时,较晚传送的数据不会先到达,较早传送的数据不会晚到达,这就保证了数据是按照顺序传递的。

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为什么流格式套接字可以达到高质量的数据传输呢?这是因为它使用了 TCP 协议(The Transmission Control Protocol,传输控制协议),TCP 协议会控制你的数据按照顺序到达并且没有错误。
你也许见过 TCP,是因为你经常听说“TCP/IP”。TCP 用来确保数据的正确性,IP(Internet Protocol,网络协议)用来控制数据如何从源头到达目的地,也就是常说的“路由”。
那么,“数据的发送和接收不同步”该如何理解呢?

假设传输带传送的是水果,接收者需要凑齐 100 个后才能装袋,但是传送带可能把这 100 个水果分批传送,比如第一批传送 20 个,第二批传送 50 个,第三批传送 30 个。接收者不需要和传送带保持同步,只要根据自己的节奏来装袋即可,不用管传送带传送了几批,也不用每到一批就装袋一次,可以等到凑够了 100 个水果再装袋。

 

流格式套接字的内部有一个缓冲区(也就是字符数组),通过 socket 传输的数据将保存到这个缓冲区。接收端在收到数据后并不一定立即读取,只要数据不超过缓冲区的容量,接收端有可能在缓冲区被填满以后一次性地读取,也可能分成好几次读取。
也就是说,不管数据分几次传送过来,接收端只需要根据自己的要求读取,不用非得在数据到达时立即读取。传送端有自己的节奏,接收端也有自己的节奏,它们是不一致的。

2、数据报格式套接字(SOCK_DGRAM)

 

数据报格式套接字(Datagram Sockets)也叫“无连接的套接字”,在代码中使用 SOCK_DGRAM 表示。
计算机只管传输数据,不作数据校验,如果数据在传输中损坏,或者没有到达另一台计算机,是没有办法补救的。也就是说,数据错了就错了,无法重传。

因为数据报套接字所做的校验工作少,所以在传输效率方面比流格式套接字要高。

 

可以将 SOCK_DGRAM 比喻成高速移动的摩托车快递,它有以下特征:
  • 强调快速传输而非传输顺序;
  • 传输的数据可能丢失也可能损毁;
  • 限制每次传输的数据大小;
  • 数据的发送和接收是同步的(也称为“存在数据边界”)。
总之,数据报套接字是一种不可靠的、不按顺序传递的、以追求速度为目的的套接字。
数据报套接字也使用 IP 协议作路由,但是它不使用 TCP 协议,而是使用 UDP 协议(User Datagram Protocol,用户数据报协议)。
QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 来传输数据,因为首先要保证通信的效率,尽量减小延迟,而数据的正确性是次要的,即使丢失很小的一部分数据,视频和音频也可以正常解析,最多出现噪点或杂音,不会对通信质量有实质的影响。

注意:SOCK_DGRAM 没有想象中的糟糕,不会频繁的丢失数据,数据错误只是小概率事件。

 

 

三、代码方式创建socket

 

在 Python 中 使用socket 模块的函数 socket 就可以完成:

 

import socket
socket.socket(AddressFamily, Type)
说明:
函数 socket.socket 创建一个 socket,该函数带有两个参数:
  • Address Family:可以选择 AF_INET(用于 Internet 进程间通信) 或者 AF_UNIX(用于同一台机器进程间通信),实际工作中常用AF_INET
  • Type:套接字类型,可以是 SOCK_STREAM(流式套接字,主要用于 TCP 协议)或者 SOCK_DGRAM(数据报套接字,主要用于 UDP 协议)
以下我们稍微简略地用 python 表达下套接字的代码写法。

1、创建一个tcp socket(tcp套接字)

 

import socket

#创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# ...这里是使用套接字的功能(省略)...

# 不用的时候,关闭套接字
s.close()

2、创建一个udp socket(udp套接字)

 

import socket

# 创建udp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# ...这里是使用套接字的功能(省略)...

# 不用的时候,关闭套接字
s.close()
说明:
套接字使用流程与文件的使用流程很类似,三部曲:创建套接字,使用套接字收/发数据,关闭套接字。

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