介绍

Socket又称"套接字"，他工作于应用层与传输层之间，本质上是将把TCP、UDP的复杂操作，抽象为简单的几个接口来供应用层调用，实现进程在网络中的数据通信。

Socket家族

不同的Socket家族，其Socket的地址格式、通信范围、传输性能。常见的Socket家族有AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX。

AF_INET

用于跨主机的网络通信（如互联网或局域网），基于IPv4协议，通过IP地址和端口标识通信端点。

AF_INET数据需经过网络层封装、路由及网卡传输，受带宽和延迟影响，适用于远程通信。

地址格式：(host, port)

host为主机地址，可以是域名或IPv4地址，为空则表示绑定本机的所有网络接口。

port为端口号。

AF_UNIX

AF_UNIX也称为AF_LOCAL，用于同一台主机上的进程间通信（IPC），通过文件系统路径标识端点，不依赖网络协议。

AF_UNIX直接在内核中拷贝数据，无需网络协议处理，效率更高且不受网络带宽限制。

地址格式："xxx/xxx/xx"

在文件系统上的socket文件地址，例如：/tmp/socket。

Socket类型

Socket也分不同的类型，不同的套接字类型使用的传输协议也不同，我们可以根据实际应用场景来选择合适的套接字类型。

SOCK_STREAM

SOCK_STREAM即流套接字，也叫面向连接的套接字。它基于TCP(传输控制协议) 来提供可靠的、面向连接的服务。

他有如下几个特征：

数据是安全可靠传输的，丢失或错误的数据包会被发送方重传。

数据是作为字节流按照顺序传输的，接收方会根据数据包携带的序列号进行排序。

数据发送方和接收方的调用次数不需要匹配(不保留消息边界)。接收方可以一次读取多次发送的内容，也可以分多次读取一次发送的内容。

SOCK_DGRAM

SOCK_DGRAM即数据报套接字，也叫无连接的套接字。它基于UDP(用户数据报协议) 提供快速、但不可靠的、无连接服务。

DGRAM是Data Gram的缩写，意为数据报。

他有如下几个特征：

强调快速传输而非可靠，数据可能在传输过程中可能丢失或重复，且无重传机制。

每个数据报文都是独立传输和处理的，不保证顺序到达。

数据发送方和接收方的调用次数需要严格匹配(保留消息边界)，每一次发送的数据都会作为一个独立的数据报传输，每一次接收都需要恰好接收一个完整的数据报。

Socket库

Python中可以使用socket库来实现基本的Socket，它可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。

import socket

创建Socket对象

socket.socket(family=AF_INET, type=SOCKET_STREAM)

family：套接字家族。

type：套接字类型。

Socket对象方法

服务端方法

方法	描述
s.bind(address)	绑定地址到套接字， 在AF_INET下，地址以元组(host,port)形式表示。host为空字符串则会绑定到所有网络接口。
s.listen(backlog)	开启监听TCP连接。backlog指定在拒绝连接之前，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即可。
s.accept()	阻塞并等待客户端连接，客户端成功连接后会停止阻塞并返回元组(客户端对象, 客户端地址)

客户端方法

方法	描述
s.connect(address)	向服务器发起连接请求，地址以元组(host,port)形式表示。如果连接出错，则返回socket.error错误。
s.connect_ex(address)	功能与connect相同，但是成功返回0，失败返回error的值。

通用方法

方法	描述
s.recv(bufsize[,flag])	阻塞并等待TCP接受到数据，bufsize指定要接收的最大数据量，flag指定其他设置。
s.send(string[,flag])	通过TCP发送string中的数据，返回实际发送的数据字节大小。
s.sendall(string[,flag])	通过TCP尝试发送所有数据，成功返回None，失败则抛出异常。
s.sendto(string[,flag], address)	通过UDP发送数据string，address为数据接收端地址元组(host,port)，返回值是发送的字节数。
s.recvfrom(bufsize[,flag])	阻塞并等待UDP接受到数据，参数与recv()类似，返回值为元组(data,address)，其中data为接收的字符串数据，address是发送端的地址。
s.close()	关闭套接字连接。

服务端例子

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

address = ("0.0.0.0", 8000)
s.bind(address)
s.listen(5)
print(f"Listen Start: {address}")
while True:
    conn, addr = s.accept()
    print(f"Accept connect: {addr}")
    data = conn.recv(1024).decode("utf-8")
    print(f"Receive data: {data}")
    conn.send("Bye".encode("utf-8"))
    conn.close()

客户端例子

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("192.168.2.22", 8000))
s.send("Hello".encode("utf-8"))
print(s.recv(1024).decode("utf-8"))
s.close()

TCP粘包问题

问题介绍

由于TCP协议基于字节流传输的特性，导致接收方无法区分消息边界，从而可能将多个数据包合并接收或单个数据包拆分接收的现象‌。

主流解决方案

为解决消息边界模糊问题，需在应用层设计协议。以下是三种常用方法：

固定长度法‌

原理：规定所有数据包长度一致（如64字节），不足时填充空字符。

优点：实现简单，接收方按固定长度分割即可。

缺点：浪费带宽（填充无效数据），灵活性差。‌

分隔符法‌

原理：在包尾添加特殊字符（如\r\n）标记结束，接收方按分隔符解析。

优点：易于实现（如FTP协议）。

缺点：需转义数据中可能出现的分隔符，效率较低。‌

‌包头+包体法‌（推荐）

原理：包头固定长度（如4字节），存储包体长度字段；接收方先读包头获取长度，再按长度读取包体。

优点：高效灵活，支持变长数据，无冗余传输。

实现示例：

1. 发送端：将数据封装为[长度字段][数据内容]发送。‌
2. 接收端：循环读取缓冲区，先解析包头长度，再提取完整包体。‌

可以使用struct模块将数据长度打包为固定大小的字节放在开头发送。解包时先获取固定大小进行解包得到数据长度，再接收指定大小的数据。