系列文章目录

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一、套接字（socket）介绍
二、半连接池
三、socket模块
- 1. TCP套接字
- 2. UDP套接字
四、粘包问题及解决方法
- 1. 粘包问题：
- 2. 解决方法：

一、套接字（socket）介绍

概念：

在应用层和传输层之间，还存在着一层Socket抽象层，它不属于互联网通信协议，它是对传输层及其以下各层的封装。
作用：

我们在写网络相关的应用程序时，只需要与套接字（操作系统）打交道即可。不需要处理复杂的系统调用和网络协议，无论接发数据都通过套接字来完成。

二、半连接池

? 半连接池是一个起缓存作用的“容器”，用来暂时存放连接请求。

? 半连接池的大小，就是允许等待连接的最大请求个数。

三、socket模块

1. TCP套接字

流程图：

客户端代码：

import socket

# 1.创建套接字对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2.请求连接，传入服务端的IP地址和端口号
# 没有返回值，连接对象就是client_socket自己
client_socket.connect('127.0.0.1', 8001)

# 3.通过连接收发数据，收发的数据皆为bytes类型
# 发数据
client_socket.send('发送的数据'.encode('utf-8'))
# 收数据
data = client_socket.recv(1024)

# 关闭套接字
client_socket.close()

服务端代码：

import socket

# 1.创建套接字对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2.绑定IP地址和端口号
server_socket.bind('127.0.0.1', 8000)


# 3.监听端口，即上面绑定的端口
# 传入的参数为半连接池的大小
server_socket.listen(5)


# 4.从半连接池取出连接请求并接受，返回连接对象和客户端地址
conn, client_addr = server_socket.accept()


# 5.通过连接收发数据，收发的数据皆为bytes类型
# 收数据，参数为最大接收数据量，单位为bytes
data = conn.recv(1024)


# 发数据，需要编码为bytes类型
conn.send('回复的数据'.encode('utf-8'))


# 6.关闭连接
conn.close()

# 7.关闭套接字(实际上永远不会关闭)
server_socket.close()

socket的参数：

socket类型	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET	使用IPv4网络层协议
socket.AF_INET6	使用IPv6网络层协议
socket.SOCK_STREAM	数据流式socket , 即 TCP
socket.SOCK_DGRAM	数据报式socket , 即 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

2. UDP套接字

流程图：

与TCP不同，UDP没有连接的概念，实现更加简单。但在每次收发数据时，都要附带上主机地址。

UPD连接

客户端代码：

import socket


# 1.创建套接字对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 不需要请求建立连接

# 2.收发数据
# 发数据，需要以元组类型传入服务端的地址
client_socket.sendto('发送的数据'.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8000))

# 收数据，返回数据和服务端地址
data, server_addr = client_socket.recvfrom(1024)

# 关闭套接字
client_socket.close()

服务端代码：

import socket


# 1.创建套接字对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 2.绑定IP地址和端口号
server_socket.bind('127.0.0.1', 8000)

# 不需要监听端口，也不需要产生连接对象

# 3.收发数据，不需要连接
# 收数据，返回数据和客户端地址
data, client_addr = server_socket.recvfrom(1024)

# 发数据，需要以元组形式传入客户端地址
server_socket.sendto('回复的数据'.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8001))

# 4.关闭套接字(实际上永远不会关闭)
server_socket.close()

四、粘包问题及解决方法

1. 粘包问题：

在TCP协议中，数据是流式传输的，就像水流一样，数据包之间没有明确的“边界”。套接字在接收数据时，可能会将上一条消息末尾的数据可能会和下一条消息的开头“粘”在一起接收，导致得到的最终数据混乱。这就是TCP协议的粘包问题。

而在UDP协议中，数据是以消息为单位的传输的，数据包之间有着明确的“边界”，不会出现粘包问题。

此外，TCP协议为了优化性能，在底层采用了nagle算法。它会将短时间内收到的多个小的数据包，组合成一个大的数据包后再接收。这也是造成粘包问题的另一原因。

2. 解决方法：

发送方：

先组织一个头部信息，包含整个数据的总大小；
然后将头部信息的长度，发送给接收方；
因为头部信息长度的大小是固定的，所以接收方可以很容易获取到头部信息的长度；

接收方通过该长度信息，获取头部信息，从而得知整个实际数据的大小，然后再发送实际要发送的数据：

import json
import struct

# 头部信息
header = {
    'size': 2048;
    ...
}

# 将头部信息转换为bytes类型的JSON数据
header_json_bytes = json.dumps(头部信息).encode('utf-8')

# 将头部的长度，打包为bytes类型，长度固定为4个字节
header_size = struct.pack('i', len(header_json_bytes))

# 发送头部的长度信息
conn.send(header_size)

# 发送头部信息
conn.send(header_json_bytes)

# 发送实际数据
...

接收方：

先获取头部的长度信息
获取头部信息
获取数据的总大小

在已接收数据少于总数居的情况下，循环接收数据：

import json
import struct

# 接收头部的长度信息
header_size_bytes = client.recv(4)
# 获取头部长度，返回值为元组，但我们只需要第一个元素
header_size = struct.unpcak('i', header_size_bytes)[0]

# 获取头部信息
header_json_bytes = client.recv(header_size)
header_json = header_json_bytes.decode('utf-8')
header = json.loads(header_json)


# 获取实际数据的总大小
total_size = header.get('total_size')

# 保存收到的数据
res_data = b''
# 已经接收到数据的大小
recv_size = 0

# 如果已接收数据少于总数据
while recv_size < total_size:
   # 接收实际数据
   recv_data = client.recv(1024)
   # 计算已经接收到数据的大小
   recv_size += len(recv_data)
   # 将收到的数据拼接到一起
   res_data += recv_data