1.1 什么是Socket

Socket（套接字）是操作系统中I/O系统的延伸部分，它可以使进程和机器之间的通信成为可能。Socket实际上是一个通信端点，它包含了一个 IP 地址和一个端口号。IP 地址标识了主机，而端口号标识了主机上的进程。一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。

1.2 Socket类型

在python网络编程中，Socket有三种主要类型

• TCP流套接字（socket.SOCK_STREAM）：基于TCP(传输控制协议，The Transmission Control Protocol)，提供面向连接的、可靠的、双向的数据流通信。TCP需要进行连接的建立和关闭过程，以及数据的确认与重传，延迟较高，适用于大量数据传输的场景，如文件传输、视频流等。
• UDP数据报套接字（socket.SOCK_DGRAM）：基于UDP(用户数据报协议， User DatagramProtocol)，提供无连接的、不可靠的通信。UDP不需要建立连接，延迟较低，且支持广播和多播，可以将数据包发送给多个接收者，适用于对实时性要求不高的小数据量传输场景。
• 原始套接字（socket.SOCK_RAW）：允许程序直接访问网络层协议，如IP协议，程序可以直接接收和发送原始数据包，而无需进行传输层（如TCP和UDP）的处理。

1.3 建立Socket对象

在建立Socket对象的时候，我们需要告诉系统两件事情：协议家族和socket类型。通信类型指明用什么Socket类型来传输数据，常见的协议包括IPv4、IPv6、IPX/SPX、AFP等等，目前最常用的是IPv4。python的socket模块支持以下几种常见的协议家族。

import socket

# 我们通过socket()函数创建一个套接字对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 通过connect()函数进行连接，我们需要提供一个元组，包含远程主机名或IP地址、远程端口
s.connect(('127.0.0.1', 12345))

1.3.1 getservbyname()查询端口号

getservbyname() 函数是socket 模块中用于根据服务名称获取对应端口号的函数。它通过查询系统的服务配置文件（通常是 /etc/services）来查找服务名称对应的端口号。

使用方法如下：

import socket

# 根据服务名获取端口号
'''
未指定传输协议类型
如果在服务器配置文件中只有一个对应的端口号，则返回该端口号
如果服务名称对应多个端口号，会引发‘socket.error’错误
'''
port1 = socket.getservbyname('http')
print('HTTP服务的默认端口号是：', port1)
'''
指定传输协议(tcp),返回在指定传输协议下的端口号
如果该服务名称在系统配置文件中没有对应的端口号，或者指定的传输协议不支持该服务，则会引发‘socket.error’错误
'''                                                                                                              
port2 = socket.getservbyname('https', 'tcp')
print('HTTPS服务的默认端口号是：', port2)

1.3.2 从socket获取信息

我们可以通过getsockname()和getpeername()来分别获取本机和远程机器的IP地址和端口号

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('www.baidu.com', 443))
# 获取本机IP地址和端口号
print('本机IP及端口：', s.getsockname())
# 获取远程机器的IP地址和端口号
print('远程机器IP及端口：', s.getpeername())
# 获取返回类型(元组)
print(type(s.getsockname()))

程序运行结果如下：

注意：在客户端，端口号是由操作系统随机分配的，所以每次运行程序的时候会发现端口号不一样！

1.3.3 socket通信

利用socket模块进行通信通常包括以下步骤：

1. 创建套接字：使用socket()函数创建套接字对象，指定地址族和套接字类型。
2. 绑定地址和端口（可选）：如果是服务器，可以使用bind()方法绑定地址和端口。
3. 监听连接（仅服务器端）：使用listen()方法开始监听连接。
4. 接受连接（仅服务器端）：使用accept()方法接受客户端的连接请求，返回新的套接字对象和客户端地址。
5. 发送和接收数据：使用send()方法发送数据，使用recv()方法接收数据。
6. 关闭连接：使用close()方法关闭套接字。

下面是一个例子，演示客户端和服务器端的通信：

关于服务器程序具体实现请参考第二章 TCP与UDP服务器简单实现及测试

服务器端

import socket

# 创建套接字对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定地址和端口
server_socket.bind(('127.0.0.1', 12345))
# 开始监听连接
server_socket.listen(1)
print('Wating for connection...')
# 接受连接
client_socket, client_addr = server_socket.accept()
print('Connection from', client_addr)
# 接收数据
data = client_socket.recv(1024)
print('Received', data.decode())
# 发送响应数据
client_socket.send(b'Hello,client!')
# 关闭连接
client_socket.close()
server_socket.close()

客户端

import socket

# 创建套接字对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接服务器
client_socket.connect(('127.0.0.1', 12345))
# 发送数据
client_socket.send(b'Hello Server!')
# 接收响应数据
data = client_socket.recv(1024)
print('Received:', data.decode())
# 关闭连接
client_socket.close()

运行测试
我们先运行服务器端代码，控制台显示如下：

再运行客户端代码，控制台显示如下：

再回到服务器端，控制台显示如下：

这个例子中，服务器端创建了一个TCP套接字，绑定到地址"127.0.0.1"的端口12345，并开始监听连接。客户端创建了一个TCP套接字，并连接到服务器。然后，客户端发送数据到服务器，服务器接收并处理数据，然后发送响应数据给客户端。从而实现了客户端与服务器间的通信。

1.4 socket异常

使用socket进行网络编程时，常见的有以下异常出现：