tcp的套接字編程

㈠ Python 之 Socket編程(TCP/UDP)

socket(family,type[,protocal]) 使用給定的地址族、套接字類型、協議編號（默認為0）來創建套接字。

有效的埠號： 0～ 65535
但是小於1024的埠號基本上都預留給了操作系統
POSIX兼容系統(如linux、Mac OS X等)，在/etc/services文件中找到這些預留埠與的列表

面向連接的通信提供序列化、可靠的和不重復的數據交付，而沒有記錄邊界。意味著每條消息都可以拆分多個片段，並且每個消息片段都能到達目的地，然後將它們按順序組合在一起,最後將完整的信息傳遞給等待的應用程序。
實現方式(TCP)：
傳輸控制協議（TCP）， 創建TCP必須使用SOCK_STREAM作為套接字類型
因為這些套接字（AF_INET）的網路版本使用網際網路協議(IP)來搜尋網路中的IP,
所以整個系統通常結合這兩種協議(TCP/IP)來進行網路間數據通信。

數據報類型的套接字, 即在通信開始之前並不需要建議連接,當然也無法保證它的順序性、可靠性或重復性
實現方式(UDP)
用戶數據包協議（UDP), 創建UDP必須使用SOCK_DGRAM (datagram)作為套接字類型
它也使用網際網路來尋找網路中主機，所以是UDP和IP的組合名字UDP/IP

注意點:
1）TCP發送數據時，已建立好TCP連接，所以不需要指定地址。UDP是面向無連接的，每次發送要指定是發給誰。
2）服務端與客戶端不能直接發送列表，元組，字典。需要字元串化repr(data)。

TCP的優點： 可靠，穩定 TCP的可靠體現在TCP在傳遞數據之前，會有三次握手來建立連接，而且在數據傳遞時，有確認、窗口、重傳、擁塞控制機制，在數據傳完後，還會斷開連接用來節約系統資源。

TCP的缺點： 慢，效率低，佔用系統資源高，易被攻擊 TCP在傳遞數據之前，要先建連接，這會消耗時間，而且在數據傳遞時，確認機制、重傳機制、擁塞控制機制等都會消耗大量的時間，而且要在每台設備上維護所有的傳輸連接，事實上，每個連接都會佔用系統的CPU、內存等硬體資源。 而且，因為TCP有確認機制、三次握手機制，這些也導致TCP容易被人利用，實現DOS、DDOS、CC等攻擊。

什麼時候應該使用TCP : 當對網路通訊質量有要求的時候，比如：整個數據要准確無誤的傳遞給對方，這往往用於一些要求可靠的應用，比如HTTP、HTTPS、ftp等傳輸文件的協議，POP、SMTP等郵件傳輸的協議。 在日常生活中，常見使用TCP協議的應用如下： 瀏覽器，用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件傳輸.

UDP的優點： 快，比TCP稍安全 UDP沒有TCP的握手、確認、窗口、重傳、擁塞控制等機制，UDP是一個無狀態的傳輸協議，所以它在傳遞數據時非常快。沒有TCP的這些機制，UDP較TCP被攻擊者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是無法避免攻擊的，比如：UDP Flood攻擊……

UDP的缺點： 不可靠，不穩定 因為UDP沒有TCP那些可靠的機制，在數據傳遞時，如果網路質量不好，就會很容易丟包。

什麼時候應該使用UDP： 當對網路通訊質量要求不高的時候，要求網路通訊速度能盡量的快，這時就可以使用UDP。 比如，日常生活中，常見使用UDP協議的應用如下： QQ語音 QQ視頻 TFTP ……

㈡ 網路編程（五）TCP詳解

考慮最簡單的情況：兩台主機之間的通信。這個時候只需要一條網線把兩者連起來，規定好彼此的硬體介面，如都用 USB、電壓 10v、頻率 2.4GHz 等， 這一層就是物理層，這些規定就是物理層協議 。

我們當然不滿足於只有兩台電腦連接，因此我們可以使用交換機把多個電腦連接起來，如下圖：

這樣連接起來的網路，稱為區域網，也可以稱為乙太網（乙太網是區域網的一種）。在這個網路中，我們需要標識每個機器，這樣才可以指定要和哪個機器通信。這個標識就是硬體地址 MAC。

硬體地址隨機器的生產就被確定，永久性唯一。在區域網中，我們需要和另外的機器通信時，只需要知道他的硬體地址，交換機就會把我們的消息發送到對應的機器。

這里我們可以不管底層的網線介面如何發送，把物理層抽離，在他之上創建一個新的層次，這就是 數據鏈路層 。

我們依然不滿足於區域網的規模，需要把所有的區域網聯系起來，這個時候就需要用到路由器來連接兩個區域網：

但是如果我們還是使用硬體地址來作為通信對象的唯一標識，那麼當網路規模越來越大，需要記住所有機器的硬體地址是不現實的；

同時，一個網路對象可能會頻繁更換設備，這個時候硬體地址表維護起來更加復雜。這里使用了一個新的地址來標記一個網路對象： IP 地址 。

通過一個簡單的寄信例子來理解 IP 地址。

我住在北京市，我朋友 A 住在上海市，我要給朋友 A 寫信：

因此，這里 IP 地址就是一個網路接入地址（朋友 A 的住址），我只需要知道目標 IP 地址，路由器就可以把消息給我帶到。 在區域網中，就可以動態維護一個 MAC 地址與 IP 地址的映射關系，根據目的 IP 地址就可以尋找到機器的 MAC 地址進行發送 。

這樣我們不需管理底層如何去選擇機器，我們只需要知道 IP 地址，就可以和我們的目標進行通信。這一層就是 網路層 。網路層的核心作用就是 提供主機之間的邏輯通信 。

這樣，在網路中的所有主機，在邏輯上都連接起來了，上層只需要提供目標 IP 地址和數據，網路層就可以把消息發送到對應的主機。

一個主機有多個進程，進程之間進行不同的網路通信，如邊和朋友開黑邊和女朋友聊微信。我的手機同時和兩個不同機器進行通信。

那麼當我的手機收到數據時，如何區分是微信的數據，還是王者的數據？那麼就必須在網路層之上再添加一層： 運輸層 ：

運輸層通過 socket（套接字），將網路信息進行進一步的拆分，不同的應用進程可以獨立進行網路請求，互不幹擾。

這就是運輸層的最本質特點： 提供進程之間的邏輯通信 。這里的進程可以是主機之間，也可以是同個主機，所以在 android 中，socket 通信也是進程通信的一種方式。

現在不同的機器上的應用進程之間可以獨立通信了，那麼我們就可以在計算機網路上開發出形形式式的應用：如 web 網頁的 http，文件傳輸 ftp 等等。這一層稱為 應用層 。

應用層還可以進一步拆分出表示層、會話層，但他們的本質特點都沒有改變： 完成具體的業務需求 。和下面的四層相比，他們並不是必須的，可以歸屬到應用層中。

最後對計網分層進行小結：

這里需要注意的是，分層並不是在物理上的分層，而是邏輯上的分層。通過對底層邏輯的封裝，使得上層的開發可以直接依賴底層的功能而無需理會具體的實現，簡便了開發。

這種分層的思路，也就是責任鏈設計模式，通過層層封裝，把不同的職責獨立起來，更加方便開發、維護等等。

TCP 並不是把應用層傳輸過來的數據直接加上首部然後發送給目標，而是把數據看成一個位元組 流，給他們標上序號之後分部分發送。這就是 TCP 的 面向位元組流 特性：

面向位元組流的好處是無需一次存儲過大的數據佔用太多內存，壞處是無法知道這些位元組代表的意義，例如應用層發送一個音頻文件和一個文本文件，對於 TCP 來說就是一串位元組流，沒有意義可言，這會導致粘包以及拆包問題，後面講。

前面講到，TCP 是可靠傳輸協議，也就是，一個數據交給他，他肯定可以完整無誤地發送到目標地址，除非網路炸了。他實現的網路模型如下：

對於應用層來說，他就是一個可靠傳輸的底層支持服務；而運輸層底層採用了網路層的不可靠傳輸。雖然在網路層甚至數據鏈路層就可以使用協議來保證數據傳輸的可靠性，但這樣網路的設計會更加復雜、效率會隨之降低。把數據傳輸的可靠性保證放在運輸層，會更加合適。

可靠傳輸原理的重點總結一下有： 滑動窗口、超時重傳、累積確認、選擇確認、連續 ARQ 。

停止等待協議

要實現可靠傳輸，最簡便的方法就是：我發送一個數據包給你，然後你跟我回復收到，我繼續發送下一個數據包。傳輸模型如下：

這種「一來一去」的方法來保證傳輸可靠就是 停止等待協議 （stop-and-wait）。不知道還記不記得前面 TCP 首部有一個 ack 欄位，當他設置為 1 的時候，表示這個報文是一個確認收到報文。

然後再來考慮另一種情況：丟包。網路環境不可靠，導致每一次發送的數據包可能會丟失，如果機器 A 發送了數據包丟失了，那麼機器 B 永遠接收不到數據，機器 A 永遠在等待。

解決這個問題的方法是： 超時重傳 。當機器 A 發出一個數據包時便開始計時，時間到還沒收到確認回復，就可以認為是發生了丟包，便再次發送，也就是重傳。

但重傳會導致另一種問題：如果原先的數據包並沒有丟失，只是在網路中待的時間比較久，這個時候機器 B 會受到兩個數據包，那麼機器 B 是如何辨別這兩個數據包是屬於同一份數據還是不同的數據？

這就需要前面講過的方法： 給數據位元組進行編號 。這樣接收方就可以根據數據的位元組編號，得出這些數據是接下來的數據，還是重傳的數據。

在 TCP 首部有兩個欄位：序號和確認號，他們表示發送方數據第一個位元組的編號，和接收方期待的下一份數據的第一個位元組的編號。

停止等待協議的優點是簡單，但缺點是 信道利用率 太低。

假定AB之間有一條直通的信道來傳送分組

這里的TD是A發送分組所需要的時間（顯然TD = 分組長度 / 數據速率）再假定TA是B發送確認分組所需要的時間（A和B處理分組的時間都忽略不計）那麼A在經過TD+RTT+TA時間後才能發送下一個分組，這里的RTT是往返時間，因為只有TD是採用來傳輸有用的數據（這個數據包括了分組首部，如果可以知道傳輸更精確的數據的時間，可以計算的更精確），所有信道利用率為

為了提高傳輸效率，發送方可以不使用低效率的停止等待協議，而是採用 流水線傳輸 ：就是發送方可以 連續的發送多個分組 ，不必每發完一個分組就停下來等待對方的確認。這樣可使信道上一直有數據不間斷地在傳送。顯然這種傳輸方式可以獲得很高的信道利用率

停止等待協議已經可以滿足可靠傳輸了，但有一個致命缺點： 效率太低 。發送方發送一個數據包之後便進入等待，這個期間並沒有干任何事，浪費了資源。解決的方法是： 連續發送數據包 。

也就是下面介紹的 連續ARQ協議 和 滑動窗口協議

連續 ARQ 協議

模型如下：

和停止等待最大的不同就是，他會源源不斷地發送，接收方源源不斷收到數據之後，逐一進行確認回復。這樣便極大地提高了效率。但同樣，帶來了一些額外的問題:

發送是否可以無限發送直到把緩沖區所有數據發送完？不可以。因為需要考慮接收方緩沖區以及讀取數據的能力。如果發送太快導致接收方無法接受，那麼只是會頻繁進行重傳，浪費了網路資源。所以發送方發送數據的范圍，需要考慮到接收方緩沖區的情況。這就是 TCP 的 流量控制 。

解決方法是： 滑動窗口 。基本模型如下：

在 TCP 的首部有一個窗口大小欄位，他表示接收方的剩餘緩沖區大小，讓發送方可以調整自己的發送窗口大小。通過滑動窗口，就可以實現 TCP 的流量控制，不至於發送太快，導致太多的數據丟失。

連續 ARQ 帶來的第二個問題是：網路中充斥著和發送數據包一樣數據量的確認回復報文，因為每一個發送數據包，必須得有一個確認回復。提高網路效率的方法是： 累積確認 。

接收方不需要逐個進行回復，而是累積到一定量的數據包之後，告訴發送方，在此數據包之前的數據全都收到。例如，收到 1234，接收方只需要告訴發送方我收到 4 了，那麼發送方就知道 1234 都收到了。

第三個問題是：如何處理丟包情況。在停止等待協議中很簡單，直接一個超時重傳就解決了。但，連續 ARQ 中不太一樣。

例如：接收方收到了 123 567，六個位元組，編號為 4 的位元組丟失了。按照累積確認的思路，只能發送 3 的確認回復，567 都必須丟掉，因為發送方會進行重傳。這就是 GBN（go-back-n) 思路。

但是我們會發現，只需要重傳 4 即可，這樣不是很浪費資源，所以就有了： 選擇確認 SACK 。在 TCP 報文的選項欄位，可以設置已經收到的報文段，每一個報文段需要兩個邊界來進行確定。這樣發送方，就可以根據這個選項欄位只重傳丟失的數據了。

第四個問題是：擁塞控制的問題
也是通過窗口的大小來控制的，但是檢測網路滿不滿是個挺難的事情，所以 TCP 發送包經常被比喻成往誰管理灌水，所以擁塞控制就是在不堵塞，不丟包的情況下盡可能的發揮帶寬。

水管有粗細，網路有帶寬，即每秒鍾能發送多少數據；水管有長度，端到端有時延。理想狀態下，水管裡面的水 = 水管粗細 * 水管長度。對於網路上，通道的容量 = 帶寬 * 往返時延。

如果我們設置發送窗口，使得發送但未確認的包為通道的容量，就能撐滿整個管道。

如圖所示，假設往返時間為 8 秒，去 4 秒，回 4 秒，每秒發送一個包，已經過去了 8 秒，則 8 個包都發出去了，其中前四個已經到達接收端，但是 ACK 還沒返回，不能算發送成功，5-8 後四個包還在路上，還沒被接收，這個時候，管道正好撐滿，在發送端，已發送未確認的 8 個包，正好等於帶寬，也即每秒發送一個包，也即每秒發送一個包，乘以來回時間 8 秒。

如果在這個基礎上調大窗口，使得單位時間可以發送更多的包，那麼會出現接收端處理不過來，多出來的包會被丟棄，這個時候，我們可以增加一個緩存，但是緩存裡面的包 4 秒內肯定達不到接收端課，它的缺點會增加時延，如果時延達到一定程度就會超時重傳

TCP 擁塞控制主要來避免兩種現象，包丟失和超時重傳，一旦出現了這些現象說明發送的太快了，要慢一點。

具體的方法就是發送端慢啟動，比如倒水，剛開始倒的很慢，漸漸變快。然後設置一個閾值，當超過這個值的時候就要慢下來

慢下來還是在增長，這時候就可能水滿則溢，出現擁塞，需要降低倒水的速度，等水慢慢滲下去。

擁塞的一種表現是丟包，需要超時重傳，這個時候，採用快速重傳演算法，將當前速度變為一半。所以速度還是在比較高的值，也沒有一夜回到解放前。

到這里關於 TCP 的可靠傳輸原理就已經介紹得差不多。最後進行一個小結：

當然，這只是可靠傳輸的冰山一角，感興趣可以再深入去研究

㈢ linux 中TCP套接字編程實例 顯示Bind() error:address already in use 怎麼辦 用netstat -nat 查看後結果

你所使用的套接字已被佔用，在Bind()之前你是否申請了套接字，或者申請之後已經被佔用，Bind所使用的套接字來源很重要，可以查查。再有就是linux裡面你的程序如果非法退出或者沒有使用close釋放套接字，在程序結束以後系統會延時自動釋放套接字資源，但是要等幾分鍾，之後你就可以重新使用了。