摘要：套接字有兩種或者稱為有兩個種族分別是基于文件型的和基于網絡型的。大部分網絡設備的都是。不會發生黏包，用戶數據報協議是無連接的，面向消息的，提供高效率服務。即面向消息的通信是有消息保護邊界的。

我們了解的涉及到兩個程序之間通訊的應用大致可以分為兩種：

第一種是應用類：qq、微信、網盤、優酷這一類是屬于需要安裝的桌面應用

第二種是web類：比如百度、知乎、博客園等使用瀏覽器訪問就可以直接使用的應用

這些應用的本質其實都是兩個程序之間的通訊。而這兩個分類又對應了兩個軟件開發的架構～

C/S即：Client與Server ，中文意思：客戶端與服務器端架構，這種架構也是從用戶層面（也可以是物理層面）來劃分的。
這里的客戶端一般泛指客戶端應用程序EXE，程序需要先安裝后，才能運行在用戶的電腦上，對用戶的電腦操作系統環境依賴較大。

B/S即：Browser與Server,中文意思：瀏覽器端與服務器端架構，這種架構是從用戶層面來劃分的。
Browser瀏覽器，其實也是一種Client客戶端，只是這個客戶端不需要大家去安裝什么應用程序，只需在瀏覽器上通過HTTP請求服務器端相關的資源（網頁資源），客戶端Browser瀏覽器就能進行增刪改查。

網絡基礎

首先，程序必須要啟動，其次，必須有這臺機器的地址，我們都知道我們人的地址大概就是國家省市區街道樓門牌號這樣字。那么每一臺聯網的機器在網絡上也有自己的地址，它的地址是怎么表示的呢？
就是使用一串數字來表示的，例如：100.4.5.6
1.什么是ip地址？

IP地址是指互聯網協議地址（英語：Internet Protocol Address，又譯為網際協議地址），是IP Address的縮寫。IP地址是IP協議提供的一種統一的地址格式，它為互聯網上的每一個網絡和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異。

IP地址是一個32位的二進制數，通常被分割為4個“8位二進制數”（也就是4個字節）。IP地址通常用“點分十進制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之間的十進制整數。例：點分十進IP地址（100.4.5.6），實際上是32位二進制數（01100100.00000100.00000101.00000110）。

2.什么是端口

"端口"是英文port的意譯，可以認為是設備與外界通訊交流的出口。

因此ip地址精確到具體的一臺電腦，而端口精確到具體的程序。

3.osi七層模型

Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

其實站在你的角度上看，socket就是一個模塊。我們通過調用模塊中已經實現的方法建立兩個進程之間的連接和通信。
也有人將socket說成ip+port，因為ip是用來標識互聯網中的一臺主機的位置，而port是用來標識這臺機器上的一個應用程序。
所以我們只要確立了ip和port就能找到一個應用程序，并且使用socket模塊來與之通信。

套接字起源于 20 世紀 70 年代加利福尼亞大學伯克利分校版本的 Unix,即人們所說的 BSD Unix。 因此,有時人們也把套接字稱為“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一開始,套接字被設計用在同 一臺主機上多個應用程序之間的通訊。這也被稱進程間通訊,或 IPC。套接字有兩種（或者稱為有兩個種族）,分別是基于文件型的和基于網絡型的。

1.基于文件類型的套接字家族
套接字家族的名字：AF_UNIX
unix一切皆文件，基于文件的套接字調用的就是底層的文件系統來取數據，兩個套接字進程運行在同一機器，可以通過訪問同一個文件系統間接完成通信
2.基于網絡類型的套接字家族
套接字家族的名字：AF_INET

(還有AF_INET6被用于ipv6，還有一些其他的地址家族，不過，他們要么是只用于某個平臺，要么就是已經被廢棄，或者是很少被使用，或者是根本沒有實現，所有地址家族中，AF_INET是使用最廣泛的一個，python支持很多種地址家族，但是由于我們只關心網絡編程，所以大部分時候我么只使用AF_INET)

TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向連接的協議（eg:打電話）、傳輸效率低全雙工通信（發送緩存&接收緩存）、面向字節流。使用TCP的應用：Web瀏覽器；電子郵件、文件傳輸程序。
UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、無連接的服務，傳輸效率高（發送前時延小），一對一、一對多、多對一、多對多、面向報文，盡最大努力服務，無擁塞控制。使用UDP的應用：域名系統 (DNS)；視頻流；IP語音(VoIP)。

tcp是基于鏈接的，必須先啟動服務端，然后再啟動客戶端去鏈接服務端
1.server端

import socket
sk = socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1",8898))  #把地址綁定到套接字
sk.listen()          #監聽鏈接
conn,addr = sk.accept() #接受客戶端鏈接
ret = conn.recv(1024)  #接收客戶端信息
print(ret)       #打印客戶端信息
conn.send(b"hi")        #向客戶端發送信息
conn.close()       #關閉客戶端套接字
sk.close()        #關閉服務器套接字(可選)

2.客戶端

import socket
sk = socket.socket()           # 創建客戶套接字
sk.connect(("127.0.0.1",8898))    # 嘗試連接服務器
sk.send(b"hello!")
ret = sk.recv(1024)         # 對話(發送/接收)
print(ret)
sk.close()            # 關閉客戶套接字

3.解決問題，在重啟服務端時可能會遇到

#加入一條socket配置，重用ip和端口
import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
sk.bind(("127.0.0.1",8898))  #把地址綁定到套接字
sk.listen()          #監聽鏈接
conn,addr = sk.accept() #接受客戶端鏈接
ret = conn.recv(1024)   #接收客戶端信息
print(ret)              #打印客戶端信息
conn.send(b"hi")        #向客戶端發送信息
conn.close()       #關閉客戶端套接字
sk.close()        #關閉服務器套接字(可選)

udp是無鏈接的，啟動服務之后可以直接接受消息，不需要提前建立鏈接
1.server端

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #創建一個服務器的套接字
udp_sk.bind(("127.0.0.1",9000))        #綁定服務器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b"hi",addr)                 # 對話(接收與發送)
udp_sk.close()                         # 關閉服務器套接字

2.client端

import socket
ip_port=("127.0.0.1",9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b"hello",ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode("utf-8"),addr)

3.例如聊天工具：
server端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
import json
ip_port = ("127.0.0.1",8000)
sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(ip_port)


while True:
    qq_msg,addr = sk.recvfrom(1024)
    qq_msg = json.loads(qq_msg.decode("utf-8"))
    # print(qq_msg)
    print("來自{name}的消息,消息是:{msg}".format(name=qq_msg["name"], msg=qq_msg["msg"]))
    info = input(">>>>:")
    data = {
        "name":"server",
        "msg":info
    }
    info = json.dumps(data).encode("utf-8")
    # print(info)
    sk.sendto(info,addr)

client端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
import json
server_addr = ("127.0.0.1",8000)
ck = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg = input(">>>>>:")
    k = {
        "name":"clinet1",
        "msg":msg
    }
    msg = json.dumps(k).encode("utf-8")
    ck.sendto(msg,server_addr)
    qq_msg, addr = ck.recvfrom(1024)
    qq_msg = json.loads(qq_msg.decode("utf-8"))
    print("來自{name}的消息,消息是:{msg}".format(name=qq_msg["name"],msg=qq_msg["msg"]))

udp是可以并發的

socket.socket(family=AF_INET,type=SOCK_STREAM,proto=0,fileno=None)

創建socket對象的參數說明：

1.tcp協議的拆包機制
當發送端緩沖區的長度大于網卡的MTU時，tcp會將這次發送的數據拆成幾個數據包發送出去。
MTU是Maximum Transmission Unit的縮寫。意思是網絡上傳送的最大數據包。MTU的單位是字節。 大部分網絡設備的MTU都是1500。如果本機的MTU比網關的MTU大，大的數據包就會被拆開來傳送，這樣會產生很多數據包碎片，增加丟包率，降低網絡速度。
2.面向流的通信特點和Nagle算法
TCP（transport control protocol，傳輸控制協議）是面向連接的，面向流的，提供高可靠性服務。
收發兩端（客戶端和服務器端）都要有一一成對的socket，因此，發送端為了將多個發往接收端的包，更有效的發到對方，使用了優化方法（Nagle算法），將多次間隔較小且數據量小的數據，合并成一個大的數據塊，然后進行封包。
這樣，接收端，就難于分辨出來了，必須提供科學的拆包機制。 即面向流的通信是無消息保護邊界的。
對于空消息：tcp是基于數據流的，于是收發的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，防止程序卡住，而udp是基于數據報的，即便是你輸入的是空內容（直接回車），也可以被發送，udp協議會幫你封裝上消息頭發送過去。
可靠黏包的tcp協議：tcp的協議數據不會丟，沒有收完包，下次接收，會繼續上次繼續接收，己端總是在收到ack時才會清除緩沖區內容。數據是可靠的，但是會粘包。

基于tcp協議特點的黏包現象成因

4.socket數據傳輸過程中的用戶態與內核態說明

發送端可以是一K一K地發送數據，而接收端的應用程序可以兩K兩K地提走數據，當然也有可能一次提走3K或6K數據，或者一次只提走幾個字節的數據。
也就是說，應用程序所看到的數據是一個整體，或說是一個流（stream），一條消息有多少字節對應用程序是不可見的，因此TCP協議是面向流的協議，這也是容易出現粘包問題的原因。
而UDP是面向消息的協議，每個UDP段都是一條消息，應用程序必須以消息為單位提取數據，不能一次提取任意字節的數據，這一點和TCP是很不同的。
怎樣定義消息呢？可以認為對方一次性write/send的數據為一個消息，需要明白的是當對方send一條信息的時候，無論底層怎樣分段分片，TCP協議層會把構成整條消息的數據段排序完成后才呈現在內核緩沖區。

例如基于tcp的套接字客戶端往服務端上傳文件，發送時文件內容是按照一段一段的字節流發送的，在接收方看了，根本不知道該文件的字節流從何處開始，在何處結束。
此外，發送方引起的粘包是由TCP協議本身造成的，TCP為提高傳輸效率，發送方往往要收集到足夠多的數據后才發送一個TCP段。若連續幾次需要send的數據都很少，通常TCP會根據優化算法把這些數據合成一個TCP段后一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包數據。

UDP（user datagram protocol，用戶數據報協議）是無連接的，面向消息的，提供高效率服務。 
不會使用塊的合并優化算法，, 由于UDP支持的是一對多的模式，所以接收端的skbuff(套接字緩沖區）采用了鏈式結構來記錄每一個到達的UDP包，在每個UDP包中就有了消息頭（消息來源地址，端口等信息），這樣，對于接收端來說，就容易進行區分處理了。 即面向消息的通信是有消息保護邊界的。 
對于空消息：tcp是基于數據流的，于是收發的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，防止程序卡住，而udp是基于數據報的，即便是你輸入的是空內容（直接回車），也可以被發送，udp協議會幫你封裝上消息頭發送過去。 
不可靠不黏包的udp協議：udp的recvfrom是阻塞的，一個recvfrom(x)必須對唯一一個sendinto(y),收完了x個字節的數據就算完成,若是y;x數據就丟失，這意味著udp根本不會粘包，但是會丟數據，不可靠。

udp和tcp一次發送數據長度的限制：

用UDP協議發送時，用sendto函數最大能發送數據的長度為：65535- IP頭(20) – UDP頭(8)＝65507字節。用sendto函數發送數據時，如果發送數據長度大于該值，則函數會返回錯誤。（丟棄這個包，不進行發送） 

    用TCP協議發送時，由于TCP是數據流協議，因此不存在包大小的限制（暫不考慮緩沖區的大小），這是指在用send函數時，數據長度參數不受限制。而實際上，所指定的這段數據并不一定會一次性發送出去，如果這段數據比較長，會被分段發送，如果比較短，可能會等待和下一次數據一起發送。

黏包現象只發生在tcp協議中：
1.從表面上看，黏包問題主要是因為發送方和接收方的緩存機制、tcp協議面向流通信的特點。
2.實際上，主要還是因為接收方不知道消息之間的界限，不知道一次性提取多少字節的數據所造成的。

struct模塊
該模塊可以把一個類型，如數字，轉成固定長度的bytes

import json,struct
#假設通過客戶端上傳1T:1073741824000的文件a.txt

#為避免粘包,必須自定制報頭
header={"file_size":1073741824000,"file_name":"/a/b/c/d/e/a.txt","md5":"8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3"} #1T數據,文件路徑和md5值

#為了該報頭能傳送,需要序列化并且轉為bytes
head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding="utf-8") #序列化并轉成bytes,用于傳輸

#為了讓客戶端知道報頭的長度,用struck將報頭長度這個數字轉成固定長度:4個字節
head_len_bytes=struct.pack("i",len(head_bytes)) #這4個字節里只包含了一個數字,該數字是報頭的長度

#客戶端開始發送
conn.send(head_len_bytes) #先發報頭的長度,4個bytes
conn.send(head_bytes) #再發報頭的字節格式
conn.sendall(文件內容) #然后發真實內容的字節格式

#服務端開始接收
head_len_bytes=s.recv(4) #先收報頭4個bytes,得到報頭長度的字節格式
x=struct.unpack("i",head_len_bytes)[0] #提取報頭的長度

head_bytes=s.recv(x) #按照報頭長度x,收取報頭的bytes格式
header=json.loads(json.dumps(header)) #提取報頭

#最后根據報頭的內容提取真實的數據,比如
real_data_len=s.recv(header["file_size"])
s.recv(real_data_len)

1.使用struct解決黏包
可以把報頭做成字典，字典里包含將要發送的真實數據的詳細信息，然后json序列化，然后用struck將序列化后的數據長度打包成4個字節（4個自己足夠用了）

1.發送

    def mysend(self,file_dic):
        bytes_dic = json.dumps(file_dic).encode("utf-8")
        len_dic = struct.pack("i", len(bytes_dic))
        self.request.send(len_dic)
        self.request.send(bytes_dic)

2.接收

    def myrecv(self):
        dic_len = self.request.recv(4)
        dic_len = struct.unpack("i", dic_len)[0]
        dic = self.request.recv(dic_len).decode("utf-8")
        dic = json.loads(dic)
        return dic

服務端套接字函數
s.bind()    綁定(主機,端口號)到套接字
s.listen()  開始TCP監聽
s.accept()  被動接受TCP客戶的連接,(阻塞式)等待連接的到來

客戶端套接字函數
s.connect()     主動初始化TCP服務器連接
s.connect_ex()  connect()函數的擴展版本,出錯時返回出錯碼,而不是拋出異常

公共用途的套接字函數
s.recv()            接收TCP數據
s.send()            發送TCP數據
s.sendall()         發送TCP數據
s.recvfrom()        接收UDP數據
s.sendto()          發送UDP數據
s.getpeername()     連接到當前套接字的遠端的地址
s.getsockname()     當前套接字的地址
s.getsockopt()      返回指定套接字的參數
s.setsockopt()      設置指定套接字的參數
s.close()           關閉套接字

面向鎖的套接字方法
s.setblocking()     設置套接字的阻塞與非阻塞模式
s.settimeout()      設置阻塞套接字操作的超時時間
s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超時時間

面向文件的套接字的函數
s.fileno()          套接字的文件描述符
s.makefile()        創建一個與該套接字相關的文件

send和sendall方法:

官方文檔對socket模塊下的socket.send()和socket.sendall()解釋如下：

socket.send(string[, flags])
Send data to the socket. The socket must be connected to a remote socket. The optional flags argument has the same meaning as for recv() above. Returns the number of bytes sent. Applications are responsible for checking that all data has been sent; if only some of the data was transmitted, the application needs to attempt delivery of the remaining data.

send()的返回值是發送的字節數量，這個數量值可能小于要發送的string的字節數，也就是說可能無法發送string中所有的數據。如果有錯誤則會拋出異常。

–

socket.sendall(string[, flags])
Send data to the socket. The socket must be connected to a remote socket. The optional flags argument has the same meaning as for recv() above. Unlike send(), this method continues to send data from string until either all data has been sent or an error occurs. None is returned on success. On error, an exception is raised, and there is no way to determine how much data, if any, was successfully sent.

嘗試發送string的所有數據，成功則返回None，失敗則拋出異常。

故，下面兩段代碼是等價的：

#sock.sendall("Hello world
")

#buffer = "Hello world
"
#while buffer:
#    bytes = sock.send(buffer)
#    buffer = buffer[bytes:]

1.server端

import socketserver
class Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        self.data = self.request.recv(1024).strip()
        print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))
        print(self.data)
        self.request.sendall(self.data.upper())

if __name__ == "__main__":
    HOST, PORT = "127.0.0.1", 9999

    # 設置allow_reuse_address允許服務器重用地址
    socketserver.TCPServer.allow_reuse_address = True
    # 創建一個server, 將服務地址綁定到127.0.0.1:9999
    server = socketserver.TCPServer((HOST, PORT),Myserver)
    # 讓server永遠運行下去，除非強制停止程序
    server.serve_forever()

server端

2.客戶端

import socket

HOST, PORT = "127.0.0.1", 9999
data = "hello"

# 創建一個socket鏈接，SOCK_STREAM代表使用TCP協議
with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
    sock.connect((HOST, PORT))          # 鏈接到客戶端
    sock.sendall(bytes(data + "
", "utf-8")) # 向服務端發送數據
    received = str(sock.recv(1024), "utf-8")# 從服務端接收數據

print("Sent:     {}".format(data))
print("Received: {}".format(received))