【Socket通訊】關於Socket通訊原理解析及python實現

Socket（通訊端）通訊{網路通訊其實就是Socket間的通訊}，首先瞭解下概念：【來源於百度百科】

"兩個程式通過一個雙向的通訊串連實現資料的交換，這個串連的一端稱為一個socket。"

可以這麼說，Socket就是一個網路編程的介面（API），它定義了一種標準，並對TCP/IP進行封裝，實現了網路傳輸資料的能力。

這篇文章預設您已經瞭解IP、連接埠等基本網路概念，如未瞭解，請移步：baike.baidu.com/item/IP/224599

我們想象這麼一個情境，如果兩個人，想要互相送一份禮物【用某風快遞】，那麼每個人都需要知道對方的什麼資訊？

1. 地址【IP】：不然你讓快遞公司送到哪裡？【不然你讓互連網供應商把資料送到哪台電腦？】
2. 姓名【連接埠】：一個地點不一定住一個人啊，快遞小哥怎麼知道要送給誰？【一台電腦不一定只有一個程式使用網路啊，系統怎麼知道把資料傳給哪個程式？】

再一點，快遞公司有很多種，不一定非得選擇某風快遞，你也可以用某通快遞、某達快遞、某國郵政之類的，各有各的特點。在socket通訊中也是這樣，分為TCP、UDP兩種。

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制通訊協定）是基於串連的協議，也就是說，在正式收發資料前，必須和對方建立可靠的串連。

UDP（User Data Protocol，使用者資料包通訊協定）是與TCP相對應的協議。它是面向非串連的協議，它不與對方建立串連，而是直接就把資料包發送過去！

關鍵詞我已經標記出來了，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，那麼根據生物學定理：“結構決定功能”，我們也很容易知道這倆東西肯定有不一樣的地方。

TCP，由於是基於雙方串連的情況下傳輸的，因此它的串連以及資料轉送是非常穩定可靠的，可以使一台電腦發出的位元組流完好無損的發生給另一台電腦。對要求可靠性非常高的應用程式會選擇此種通訊方式。

UDP，肯定是不太穩定的了，它適用於一次只傳送少量資料、對可靠性要求不高的應用環境。其實我們常常使用的【ping】命令的工作原理就是向對方主機發送ICMP資料包【自行百度】，然後對方主機確認收到資料包，如果資料包是否到達的訊息及時反饋回來，那麼網路就是通的。對了，QQ的聊天功能大部分是用UDP來實現的，因為這樣可以使得傳輸速率極快，但同時也會出現發生失敗的情況，更極端的就是遇到掉包的情況。

另外，關於Socket通訊還需理解的兩對概念：長串連與短串連、非同步與同步【這個概念理解起來較難，但你可以先不理解，不會妨礙你實現小項目，在你實現完幾個小項目後，再反過來看這塊，你會有恍然大悟的感覺】

1、長串連 
       顧名思義，長串連就是連線時間更長的串連方式：串連——>傳輸資料——>等待——>傳輸資料…………——>結束
       Socket無論在是否使用都處於串連狀態，雖然佔用資源更小，但安全性較差。

2、短串連
        同樣也是顧名思義，短串連就是連線時間更短的串連方式，但會多次串連：串連——>傳輸資料——>結束　　串連——>傳輸資料…………——>結束
       SOCKET串連後發送後接收完資料後馬上中斷連線。

 

1、非同步 
       報文發送和接收是分開的，相互獨立的，互不影響。這種方式又分兩種情況： 
       (1)非同步雙工：接收和發送在同一個程式中，由兩個不同的子進程分別負責發送和接收 
       (2)非同步單工：接收和發送是用兩個不同的程式來完成。 

2、同步 
       報文發送和接收是同步進行，既報文發送後等待接收返回報文。 同步方式一般需要考慮逾時問題，即報文發出去後不能無限等待，需要設定逾時時間，超過該時間發送方不再等待讀返回報文，直接通知逾時返回。
       在長串連中一般是沒有條件能夠判斷讀寫什麼時候結束，所以必須要加長度報文頭。讀函數先是讀取報文頭的長度，再根據這個長度去讀相應長度的報文。  

原諒我，同步非同步實在沒找到合適的圖，我也實在想不出怎麼來舉栗子能讓讀者更好的理解。我個人經曆是：做了個評測機【評測機和網站伺服器間用socket傳輸資料】後才理解的。

下面我們就得瞭解這些快遞公司到底如何?互動的？

先看這個圖，其實這個圖就可以概括一切了，但是為了讓大部分更好的理解，我再解釋下的。

首先，用戶端和服務端會分別建立一個socket，服務端的socket需要通過bind()來綁定上連接埠，啟動listen()進行即時監聽，並等待用戶端的接入，即accept()。而用戶端則需要通過伺服器IP和連接埠兩個參數來建立connect()串連，此時，伺服器會得到有新用戶端串連的資訊，啟動read()等待用戶端資料的傳人，用戶端如果成功接收到服務端的串連成功後，繼續執行write()來向服務端發生資料，同理，服務端也使用這樣的模式回饋用戶端的資料，知道用戶端關閉，服務端會收到用戶端退出串連的訊息，伺服器重新進入等待狀態，等待新用戶端的進入。

下面是用python寫的樣本，其他語言也都遵循上面的標準，C++採用的擴充庫來實現的，在<WINSOCKET2>這個庫中實現。

 1 import socket 2 #服務端 3 new_socket = socket.socket()         # 建立 socket 對象 4 ip = "127.0.0.1"          # 擷取本地主機名稱 5 port = 52052                # 設定連接埠 6 new_socket.bind((ip, port))        # 綁定連接埠 7 new_socket.listen(5)                 # 等待用戶端串連並設定最大串連數 8 while True: 9     new_cil, addr = new_socket.accept()     # 建立用戶端串連。10     print('新進來的用戶端的地址：', addr)11     print(new_cil.recv().decode())12     new_cil.send('答案為6')13     new_cil.close()                # 關閉串連

import socket#用戶端ip = "127.0.0.1"port = 52052new_socket = socket.socket()　　#建立socket對象new_socket.connect((ip,port))　　#串連new_socket.send("請求給我計算下1+5=多少？".encode(encoding='utf-8')) #發生資料print("用戶端發給服務端：請求給我計算下1+5=多少？") back_str = new_socket.recv().decode() #結束資料print("服務端發給用戶端："+back_str)new_socket.close() #關閉用戶端print("用戶端結束運行")

 

人生苦短，我用python！隔壁C語言實現這個至少200行代碼！