16.2　套接字：通信端点

16.2.1　什么是套接字

套接字是一种具有之前所说的“通信端点”概念的计算机网络数据结构。网络化的应用程序在开始任何通讯之前都必需要创建套接字。就像电话的插口一样，没有它就完全没办法通信。

套接字起源于20世纪70年代加州大学伯克利分校版本的Unix，即人们所说的BSD Unix。因此，有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD套接字”。一开始，套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称作进程间通讯，或IPC。套接字有两种，分别是基于文件型的和基于网络型的。

Unix套接字是我们要介绍的第一个套接字家族。其“家族名”为AF_UNIX（在POSIX1.g标准中也叫AF_LOCAL），表示“地址家族：UNIX”。包括Python在内的大多数流行平台上都使用术语“地址家族”及其缩写“AF”。而老一点的系统中，地址家族被称为“域”或“协议家族”，并使用缩写“PF”而不是“AF”。同样的，AF_LOCAL（在2000-2001年被列为标准）将会代替AF_UNIX。不过，为了向后兼容，很多系统上，两者是等价的。Python自己则仍然使用AF_UNIX。

由于两个进程都运行在同一台机器上，而且这些套接字是基于文件的。所以，它们的底层结构是由文件系统来支持的。这样做相当有道理，因为，同一台电脑上，文件系统的确是不同的进程都能访问的。

另一种套接字是基于网络的，它有自己的家族名字：AF_INET，或叫“地址家族：Internet”。还有一种地址家族AF_INET6被用于网际协议第6版（IPv6）寻址上。还有一些其他的地址家族，不过，它们要么是只用在某个平台上，要么就是已经被废弃，或是很少被使用，或是根本就还没有实现。所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个。Python 2.5中加入了一种Linux套接字的支持：AF_NETLINK（无连接（稍后讲解））套接字家族让用户代码与内核代码之间的IPC可以使用标准BSD套接字接口。而且，相对之前那些往操作系统中加入新的系统调用、proc文件系统支持或是“IOCTL”等复杂的方案来说，这种方法显得更为精巧，更为安全。

Python只支持AF_UNIX, AF_NETLINK，和AF_INET家族。由于我们只关心网络编程，所以在本章的大部分时候，我们都只用AF_INET。

16.2.2　套接字地址：主机与端口

如果把套接字比做电话的插口——即通信的最底层结构，那主机与端口就像区号与电话号码的一对组合。有了能打电话的硬件还不够，你还要知道你要打给谁，往哪打。一个因特网地址由网络通信所必需的主机与端口组成。而且不用说，另一端一定要有人在听才可以。否则，你就会听到熟悉的声音“对不起，您拨的是空号，请查询后再拨”。你在上网的时候，可能也见过类似的情况，如“不能连接该服务器。服务器无响应或不可达”。

合法的端口号范围为0~65535。其中，小于1024的端口号为系统保留端口。如果你所使用的是Unix操作系统，那么就可以通过/etc/services文件获得保留的端口号（及其对应的服务/协议和套接字类型）。常用端口号列表可以从下面这个网站获得：

16.2.3　面向连接与无连接

1.面向连接

无论你使用哪一种地址家族，套接字的类型只有两种。一种是面向连接的套接字，即在通信之前一定要建立一条连接，就像跟朋友打电话时那样。这种通信方式也被称为“虚电路”或“流套接字”。面向连接的通信方式提供了顺序的、可靠的、不会重复的数据传输，而且也不会被加上数据边界。这也意味着，每一个要发送的信息，可能会被拆分成多份，每一份都会不多不少地正确到达目的地。然后被重新按顺序拼装起来，传给正在等待的应用程序。

实现这种连接的主要协议就是传输控制协议（即TCP）。要创建TCP套接字就得在创建的时候指定套接字类型为SOCK_STREAM。TCP套接字采用SOCK_STREAM这个名字，表达了它作为流套接字的特点。由于这些套接字使用网际协议（IP）来查找网络中的主机，所以这样形成的整个系统，一般会由这两个协议（TCP和IP）名的组合来描述，即TCP/IP。

2.无连接

与虚电路完全相反的是数据报型的无连接套接字。这意味着，无需建立连接就可以进行通讯。但这时，数据到达的顺序、可靠性及不重复性就无法保证了。数据报会保留数据边界，这就表示，数据是整个发送的，不会像面向连接的协议那样被先拆分成小块。

使用数据报来传输数据就像邮政服务一样。邮件和包裹不一定会按它们发送的顺序到达。事实上，它们还有可能根本到达不了！而且，在网络中报文甚至会重复发送，这也增加了复杂性。

既然数据报有这么多缺点，为什么还要使用它呢？（一定有能胜过流套接字的功能！）由于面向连接套接字要提供一些保证，以及要维持虚电路连接，这都是很重的额外负担。数据报没有这些负担，所以它更“便宜”。通常能提供更好的性能，更适合某些应用场合。

实现这种连接的主要协议就是用户数据报协议（即UDP）。要创建UDP套接字就得在创建的时候指定套接字类型为SOCK_DGRAM。 SOCK_DGRAM这个名字，也许你已经猜到了，来自于单词“datagram”（“数据报”）。由于这些套接字使用网际协议来查找网络中的主机，这样形成的整个系统，一般会由这两个协议（UDP和IP）名的组合来描述，即UDP/IP。