Socket 套接字：通訊端點(diǎn) 簡(jiǎn)介

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學(xué)之一就是“一切皆文件”，對(duì)于文件用【打開(kāi)】【讀寫(xiě)】【關(guān)閉】模式來(lái)操作。socket就是該模式的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對(duì)其進(jìn)行的操作（讀/寫(xiě)IO、打開(kāi)、關(guān)閉）。

Socket 是任何一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中最基礎(chǔ)的內(nèi)容。Socket通訊一般用戶(hù)C/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊。

Socket 網(wǎng)絡(luò)通訊是基于TCP(傳輸控制協(xié)議)或UDP(用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)兩種協(xié)議通訊，所以有 面向連接(TCP )與無(wú)連接(UDP ) 兩種通訊方式。

Python 要?jiǎng)?chuàng)建TCP 套接字就得在創(chuàng)建的時(shí)候，指定套接字類(lèi)型為SOCK_STREAM，它使用 TCP/IP通訊協(xié)議。

Socket網(wǎng)絡(luò)通信套接字

socket庫(kù)提供了一個(gè)底層C API，可以使用BSD套接字接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。它包括socket類(lèi)，用于處理具體的數(shù)據(jù)通道，還包括用來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)相關(guān)任務(wù)的函數(shù)，如將一個(gè)服務(wù)器名轉(zhuǎn)換為一個(gè)地址以及格式化數(shù)據(jù)以便在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送。

什么是套接字？

套接字是程序在本地或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)回傳遞數(shù)據(jù)時(shí)所用通信通道的一個(gè)端點(diǎn)。

套接字有2個(gè)主要屬性用于控制如何發(fā)送數(shù)據(jù)：地址簇（address family）控制所用的OSI網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；套接字類(lèi)型（socket type）控制傳輸層協(xié)議。（參考《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》7層協(xié)議）

地址簇

Python支持3個(gè)地址簇：

• AF_INET：用于IPv4尋址。IPv4長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)，通常表示為4個(gè)數(shù)的序列，每個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)，用點(diǎn)號(hào)分割（如121.63.0.243）。這些值通常被稱(chēng)為IP地址。目前IPv4依舊還是主流。
• AF_INET6：用于IPv6尋址。目前IPv6已經(jīng)小范圍應(yīng)用，它支持128位地址和通信流調(diào)整，還支持IPv4不支持的一些路由特性。
• AF_UNIX：用于UNIX域套接字（UDS）的地址簇，這是一種POSIX兼容系統(tǒng)上的進(jìn)程間通信協(xié)議。UDS的實(shí)現(xiàn)通常允許操作系統(tǒng)直接從進(jìn)程向進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)，而不用通過(guò)網(wǎng)絡(luò)棧。這比使用AF_INET更高效，但是由于要用到文件系統(tǒng)作為尋址的命令空間，所以UDS僅限于同一個(gè)系統(tǒng)上的進(jìn)程。

套接字類(lèi)型

套接字類(lèi)型有兩種：

• SOCK_DGRAM：面向消息的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸，數(shù)據(jù)報(bào)套接字通常與UDP關(guān)聯(lián)，即用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。這些套接字能提供不可靠的消息傳送。
• SOCK_STREAM：面向流的傳輸，與TCP相關(guān)，即傳輸控制協(xié)議。它們可以在客戶(hù)和服務(wù)器之間提供字節(jié)流，通過(guò)超時(shí)管理，重傳和其他特性確保提供消息傳送或失敗通知。

大多數(shù)應(yīng)用協(xié)議（如HTTP）都建立在TCP基礎(chǔ)上，因?yàn)檫@樣更容易創(chuàng)建自動(dòng)處理消息排序和傳送的復(fù)雜應(yīng)用。

UDP通常用于順序不太重要的協(xié)議（如DNS交換）。UDP與TCP都支持IPv4與IPv6。

套接字的簡(jiǎn)單應(yīng)用

gethostbyname_ex()與gethostbyname()

socket庫(kù)包含一些與網(wǎng)絡(luò)上的域名服務(wù)交互的函數(shù)，比如解析域名為IP地址可以用到gethostbyname_ex()，示例如下：

import socket

host_str = [
    'www.baidu.com',
    'cloud.tencent.com',
    'www.csdn.net'
]
for host in host_str:
    try:
        name, aliases, addresses = socket.gethostbyname_ex(host)
        print(host)
        print("主機(jī)名：", name)
        print("所有別名：", aliases)
        print("所有可用IP地址：", addresses)
    except socket.error as msg:
        print(host, msg)

運(yùn)行之后，效果如下：

gethostbyname_ex：該函數(shù)返回3個(gè)參數(shù)，主機(jī)名，別名，以及解析能跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前主機(jī)的IP地址。

gethostbyname：類(lèi)似的函數(shù)，只返回當(dāng)前主機(jī)的IP地址。

getservbyname()與getservbyport()

socket庫(kù)提供getservbyname()函數(shù)用于查找網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的端口號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)名，示例如下所示：

import socket
from urllib.parse import urlparse

url_str = [
    'https://www.baidu.com',
    'https://www.csdn.net',
    'smtp://smtp.qq.com',
]
for url in url_str:
    try:
        parsed_url = urlparse(url)
        port = socket.getservbyname(parsed_url.scheme)
        print(url)
        print("端口號(hào)：", port)
    except socket.error as msg:
        print(url, msg)

運(yùn)行之后，效果如下：

當(dāng)然，其實(shí)最有用的并不是給定一個(gè)鏈接去查詢(xún)端口號(hào)，而是逆向操作。（因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化服務(wù)端口號(hào)一般都是固定的）

socket庫(kù)提供getservbyport()函數(shù)用于完成逆向的服務(wù)端口查找，示例代碼如下所示：

import socket

url = '{}://smtp.qq.com'.format(socket.getservbyport(25))
print(url)

運(yùn)行之后，效果如下：

getprotobyname()

socket庫(kù)還可以使用getprotobyname()函數(shù)獲取分配給一個(gè)傳輸協(xié)議的端口號(hào)，示例如下：

import socket

#獲取匹配開(kāi)頭字符串的所有屬性值
def getConstants(prefix):
    return {
        getattr(socket, n): n
        for n in dir(socket)
        if n.startswith(prefix)
    }
ipproto_str = getConstants("IPPROTO_")
for agree in ['tcp', 'udp']:
    num = socket.getprotobyname(agree)
    name = ipproto_str[num]
    print(name, num)

運(yùn)行之后，效果如下：

對(duì)于協(xié)議碼，在程序定義中一般都是標(biāo)準(zhǔn)化常量，這就是意味著，它們的常量名都有一定的規(guī)律，而socket協(xié)議碼前綴是IPPROTO_。

getaddrinfo(查找服務(wù)器地址)

getaddrinfo()函數(shù)用于將一個(gè)服務(wù)的基本地址轉(zhuǎn)換為一個(gè)元組列表，其中包含建立一個(gè)連接所需要的全部信息。比如其網(wǎng)絡(luò)簇與協(xié)議等，示例如下：

import socket

# 獲取匹配開(kāi)頭字符串的所有屬性值
def getConstants(prefix):
    return {
        getattr(socket, n): n
        for n in dir(socket)
        if n.startswith(prefix)
    }
ipproto_str = getConstants("IPPROTO_")
family_str = getConstants("AF_")
type_str = getConstants("SOCK_")
for response in socket.getaddrinfo('www.csdn.net', 'http', family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM,
                                   proto=socket.IPPROTO_TCP, flags=socket.AI_CANONNAME):
    family, socktype, ipproto, canonname, sockaddr = response
    print("地址簇：       ", family_str[family])
    print("套接字類(lèi)型：    ", type_str[socktype])
    print("協(xié)議碼：       ", ipproto_str[ipproto])
    print("主機(jī)規(guī)范名：    ", canonname)
    print("ip地址與端口號(hào)：", sockaddr)

運(yùn)行之后，效果如下：

這里如果只用socket.getaddrinfo(‘www.csdn.net', ‘http'），表示不需要過(guò)濾任何連接信息，但大型的網(wǎng)站一般都有幾個(gè)IP或者域名跳轉(zhuǎn)到主頁(yè)的。

所以通過(guò)后面的參數(shù)，可以篩選自己需要的鏈接信息。

其中，最后一個(gè)參數(shù)socket.AI_CANONNAME表示如果主機(jī)有別名，那么結(jié)果中會(huì)包含服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)名。所有沒(méi)有這個(gè)標(biāo)志，標(biāo)準(zhǔn)名為空。

IP地址的表示方式

如果讀者有C的經(jīng)驗(yàn)，那么肯定知道，通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)的套接字程序是使用struct sockaddr結(jié)構(gòu)體，它將IP地址表示為二進(jìn)制，而不是上面顯示的Python字符串形式。

如果想在Python和C之間轉(zhuǎn)換IPv4地址，可以使用inet_aton()和inet_ntoa()。示例如下：

import socket
import binascii

ip_list = [
    "192.168.50.1",
    "127.0.0.1"
]
for ip in ip_list:
    packed = socket.inet_aton(ip)
    print("原始字符串ip地址：", ip)
    print("C庫(kù)能識(shí)別的ip地址", binascii.hexlify(packed))
    print("還原C庫(kù)ip地址字符串", socket.inet_ntoa(packed))
    print()

運(yùn)行之后，效果如下：

inet_pton()與inet_ntop()

相信讀者如果在測(cè)試上面代碼，那么輸入上面inet_aton()函數(shù)時(shí)，一定看到提醒中還有inet_pton()與inet_ntop()函數(shù)。

這2個(gè)函數(shù)既能處理IPv4也能處理IPv6，而inet_aton()和inet_ntoa()只能處理IPv4。它們的使用方式如下：

import socket
import binascii

ipv6_str = "2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b"
packed = socket.inet_pton(socket.AF_INET6, ipv6_str)
print("原始字符串ip地址：", ipv6_str)
print("C庫(kù)能識(shí)別的ip地址", binascii.hexlify(packed))
print("還原C庫(kù)ip地址字符串", socket.inet_ntop(socket.AF_INET6, packed))
print()

ipv4_str = "192.168.50.1"
packed = socket.inet_pton(socket.AF_INET, ipv4_str)
print("原始字符串ip地址：", ipv4_str)
print("C庫(kù)能識(shí)別的ip地址", binascii.hexlify(packed))
print("還原C庫(kù)ip地址字符串", socket.inet_ntop(socket.AF_INET, packed))
print()

運(yùn)行之后，效果如下：

以上就是Python實(shí)現(xiàn)socket庫(kù)網(wǎng)絡(luò)通信套接字的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python socket庫(kù)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！