网络编程,肯定就会涉及到网络中进程的通信,那么网络中进程如何通信呢?
知识点
网络中的进程通信
首先需要标识一个进程。本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但在网络中不可行。TCP/IP协议中,在网络层用IP地址
唯一标识网络中的主机,传输层中用协议+端口
唯一标识主机中的应用程序(进程),这样利用三元组(IP地址,协议,端口)就可以标识网络的进程,网络中的进程通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。
使用TCP/IP协议的应用程序通常采用引用编程接口:UNIX BSD的套接字(socket)来实现网络进程之间的通信。
tcp
TCP是Transmission Control Protocol
(传输控制协议)的简写。
TCP是一种面向连接的,提供可靠交付服务和全双工通信的,基于字节流的端到端的传输层通信协议。
TCP在传输数据之前必须先建立连接,数据传输结束后要释放连接。
每一条TCP连接只能有2个端点,故TCP不提供广播或多播服务。
TCP提供可靠交付,通过TCP连接传输的数据,无差错、不丢失、不重复、并且按序到达。
TCP是面向字节流的。虽然应用进程和TCP的交互是一次一个数据块(大小不等),但TCP把英语程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流。TCP并不知道所传输的字节流的含义。TCP三次握手
第一次握手:建立连接时,客户端A发送SYN包(SYN=j)到服务器B,并进入SYN_SEND状态,等待服务器B确认。
第二次握手:服务器B收到SYN包,必须确认客户A的SYN(ACK=j+1),同时自己也发送一个SYN包(SYN=k),即SYN+ACK包,此时服务器B进入SYN_RECV状态。
第三次握手:客户端A收到服务器B的SYN+ACK包,向服务器B发送确认包ACK(ACK=k+1),此包发送完毕,客户端A和服务器B进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据。TCP四次挥手
由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。
客户端A发送一个FIN,用来关闭客户A到服务器B的数据传送(报文段4)。
服务器B收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1(报文段5)。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号。
服务器B关闭与客户端A的连接,发送一个FIN给客户端A(报文段6)。
客户端A发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1(报文段7)。
udp
UDP是User Datagram Protocol
(用户数据报协议)的简写。
UDP是一种无连接的,尽最大努力交付的,基于报文的端到端的传输层通信协议。
UDP在发送数据之前不需要建立连接;UDP不保证可靠交付,主机不需要位置复杂的连接状态。
UDP是面向报文的。UDP对应用层交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的的边界,即应用层交给UDP多长的报文,UDP就照样发送,即一次发送一个报文。在接收端,UDP一次交付一个完整的报文。
UDP没有拥塞控制,网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。
UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
UDP的首部开销小,只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短。
socket
套接字的格式
socket(family,type[,protocal])
使用给定的地址族、套接字类型、协议编号(默认为0)来创建套接字。
socket类型
- socket.AF_UNIX
只能够用于单一的Unix系统进程间通信。 - socket.AF_INET
服务器之间网络通信。 - socket.AF_INET6
IPv6 - socket.SOCK_STREAM
流式socket , for TCP。 - socket.SOCK_DGRAM
数据报式socket , for UDP。 - socket.SOCK_RAW
原始套接字,普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文,而SOCK_RAW可以;其次,SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文;此外,利用原始套接字,可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。 - socket.SOCK_SEQPACKET
可靠的连续数据包服务。
创建TCP Socket s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建UDP Socket s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
socket函数
服务端socket函数
- s.bind(address)
将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组(host,port)的形式表示地址。 - s.listen(backlog)
开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1,大部分应用程序设为5就可以了。 - s.accept()
接受TCP连接并返回(conn,address),其中conn是新的套接字对象,可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。
客户端socket - s.connect(address)
接到address处的套接字。一般address的格式为元组(hostname,port),如果连接出错,返回socket.error错误。 - s.connect_ex(adddress)
功能与connect(address)相同,但是成功返回0,失败返回errno的值。
公共socket函数 - s.recv(bufsize[,flag])
接受TCP套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。 - s.send(string[,flag])
发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量,该数量可能小于string的字节大小。 - s.sendall(string[,flag])
完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字,但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None,失败则抛出异常。 - s.recvfrom(bufsize[.flag])
接受UDP套接字的数据。与recv()类似,但返回值是(data,address)。其中data是包含接收数据的字符串,address是发送数据的套接字地址。 - s.sendto(string[,flag],address)
发送UDP数据。将数据发送到套接字,address是形式为(ipaddr,port)的元组,指定远程地址。返回值是发送的字节数。 - s.close()
关闭套接字。 - s.getpeername()
返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port)。 - s.getsockname()
返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port) - s.setsockopt(level,optname,value)
设置给定套接字选项的值。 - s.getsockopt(level,optname[.buflen])
返回套接字选项的值。 - s.settimeout(timeout)
设置套接字操作的超时期,timeout是一个浮点数,单位是秒。值为None表示没有超时期。一般,超时期应该在刚创建套接字时设置,因为它们可能用于连接的操作(如connect()) - s.gettimeout()
返回当前超时期的值,单位是秒,如果没有设置超时期,则返回None。 - s.fileno()
返回套接字的文件描述符。 - s.setblocking(flag)
如果flag为0,则将套接字设为非阻塞模式,否则将套接字设为阻塞模式(默认值)。非阻塞模式下,如果调用recv()没有发现任何数据,或send()调用无法立即发送数据,那么将引起socket.error异常。 - s.makefile()
创建一个与该套接字相关连的文件
python中socket编程步骤
TCP服务端
-
创建套接字,绑定套接字到本地IP与端口。
1 2 3
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) address = ('0.0.0.0', 8090) s.bind(address)
-
开始监听连接
1
s.listen(5)
-
进入循环,不断接受客户端的连接请求
1
s.accept()
-
然后接收传来的数据,并发送给对方数据
1 2
s.recv(bufsize) s.sendall(string)
-
传输完毕后,关闭套接字
1
s.close()
TCP客户端:
-
创建套接字,连接远端地址
1 2
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) s.connect()
-
连接后发送数据和接收数据
1 2
s.sendall() s.recv()
-
传输完毕后,关闭套接字
1
s.close()
示例
TCP服务端
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
import socket import time s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) address = ('127.0.0.1', 8888) s.bind(address) s.listen(10) print("start server") while True: try: conn, addr = s.accept() if conn: print("recv client from {0}".format(addr)) while 1: data = conn.recv(2048) print("recv data:{0}".format(data.decode('utf-8'))) conn.sendall(data.decode('utf-8').encode('utf-8')) else: time.sleep(5) except Exception as e: conn.close() |
TCP客户端
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
import socket s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) address = ('127.0.0.1', 8888) s.connect(address) flag = 1 print("start client") while flag: word = input("word:") if word == "exit": flag = 0 s.sendall(word.encode('utf-8')) data = s.recv(2048) print("recv:{0}".format(data.decode('utf-8'))) s.close() |
实现效果
分别启动服务端和客户端,在客户端输入,服务端可查看到客户端输入的内容。
在客户端输入exit,客户端进程结束。
更多关于socket
的内容可以点击socket — Low-level networking interface查看官方介绍。