【socket通信】socket编程

socket通信基础知识

套接字分类

基于文件类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_UNIX

unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统间接完成通信

基于网络类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET  （Address Family Internet 基于网络的地址家族）

(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其他的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台，要么就是已经被废弃，或者是很少被使用，或者是根本没有实现，所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多种地址家族，但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我么只使用AF_INET)

套接字工作流程

将套接字工作流程比喻成 打电话的过程

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。

在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。

客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

(* * * * *)基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

TCP服务端：

'''TCP服务端'''
#导入模块
import socket
ip_port = ("172.0.0.1",8080)
back_log = 5
buffer_size = 1024
#1、 买个电话
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# 2、绑定手机卡
phone.bind(ip_port)
# 3、开机
phone.listen(5)
# 4、等电话
conn,addr = phone.accept()
# 5、收消息
msg = conn.recv(buffer_size)
# 6、发消息
conn.send(data)
# 7、断开电话连接
conn.close()
# 8、关机
phone.close()

TCP客户端：

'''TCP客户端'''
ip_port = ("172.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024
# 买个电话
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# 打电话
phone.connect(ip_port)
# 收消息
msg = phone.recv(buffer_size)
# 发消息
phone.send(data)
# 关机
phone.close()

加强版客户端/服务端循环收发消息

# 一般导入模块需要什么功能导入什么
# 但是socket比较特殊，socket下很多功能，可以一次全部导入，减少代码书写量
from socket import *

ip_port = ("127.0.0.1",8080)
back_log = 5
buffer_size = 1024

tcp_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(5)
print("服务器运行中>>>")
conn,addr = tcp_server.accept()
print('双向连接：',conn)
print('客户端地址：',addr)

while True:
    msg = conn.recv(buffer_size)
    print('收到客户端消息：',msg.decode('utf8'))
    send_msg = input("服务端说>>>")
    conn.send(send_msg.encode('utf8'))

conn.close()
tcp_server.close()

from socket import *

ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024
tcp_client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

while True:
    send_msg = input("客户端说>>>")
    tcp_client.send(send_msg.encode('utf8'))
    msg = tcp_client.recv(buffer_size)
    print('服务端消息：', msg.decode('utf8'))


tcp_client.close()

问题1：当客户端/服务端输入为空时 程序都卡在 recv(1024)  上面的原因？

小结：收发消息都是应用程序控制os操作自己的缓存区(内核态缓存)

解决办法：加一个判断条件：if msg is None：continue

问题2：解释recv(1024)中的 1024？ 

每次只接收1024字节，如果发的太多就会一次取不完 都堆在缓存里面，下一次recv() 再接着收  ---> 产生粘包现象 

问题3：有的同学在重启服务端时可能会遇到

这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法）

解决方法：

#加入一条socket配置，重用ip和端口

phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
phone.bind(('127.0.0.1',8080))

发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接，通过调整linux内核参数解决，
vi /etc/sysctl.conf

编辑文件，加入以下内容：
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 
然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
 
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。

net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间

(* * * * *)基于UDP的套接字

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

udp服务端：

'''UDP服务端'''
from socket import *
import time
ip_port=('127.0.0.1',8080)
buffer_size=1024

udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)   #基于数据报 DGRAM -->DataGram
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    data,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)
    # print(data.decode('utf8'),addr)
    # print(data,addr)
    if not data:
        fmt = '%Y-%m-%d %X'
    else:
        fmt = data.decode('utf-8')
    msg = time.strftime(fmt)

    udp_server.sendto(msg.encode('utf-8'),addr)

UDP客户端：

'''UDP客户端'''
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
buffer_size=1024

udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)   #数据报

while True:
    msg=input('>>: ')
    udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)

    print('服务端时间>>>',data.decode('utf-8'))
    # print(data)
    # print('来着服务端地址>>>',addr)

案例：qq聊天(由于udp无连接，所以可以同时多个客户端去跟服务端通信)

import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机
udp_server_sock.bind(ip_port)

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
    print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
    back_msg=input('回复消息: ').strip()

    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
    '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
    '一棵树':('127.0.0.1',8081),
    '武大郎':('127.0.0.1',8081),
}


while True:
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
    while True:
        msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
        if msg == 'quit':break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
    '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
    '一棵树':('127.0.0.1',8081),
    '武大郎':('127.0.0.1',8081),
}

while True:
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
    while True:
        msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
        if msg == 'quit':break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print('来自[%s:%s]的一条消息:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()

服务端运行结果：

客户端1运行结果

客户端2运行结果

案例2：时间服务器

from socket import *
from time import strftime

ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
tcp_server.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=tcp_server.recvfrom(bufsize)
    print('===>',msg)
    
    if not msg:
        time_fmt='%Y-%m-%d %X'
    else:
        time_fmt=msg.decode('utf-8')
    back_msg=strftime(time_fmt)

    tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

tcp_server.close()

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)



while True:
    msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
    tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    data=tcp_client.recv(bufsize)

    print(data.decode('utf-8'))

tcp_client.close()

(* * * *)socket底层工作原理OSI解释：

链接：https://www.cnblogs.com/XJT2018/p/10906697.html

参考：

https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6129246.html#_label6

补充：

队列：先进先出（从上面吃从下面拉）

堆栈：先进后出

(* * * * *)粘包问题

什么是粘包？

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何，且听我娓娓道来

首先需要掌握一个socket收发消息的原理

发送端可以是1K 1K地发送数据，而接收端的应用程序可以 2K 2K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据，也就是说，应用程序所看到的数据是一个整体，或说是一个流（stream），一条消息有多少字节对应用程序是不可见的，因此TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的原因。而UDP是面向消息的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不同的。怎样定义消息呢？可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要明白的是当对方send一条信息的时候，无论底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈现在内核缓冲区。

例如基于tcp的套接字客户端往服务端上传文件，发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的，在接收方看了，根本不知道该文件的字节流从何处开始，在何处结束

所谓粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。

此外，发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要send的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一个TCP段后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。

1. TCP（transport control protocol，传输控制协议）是面向连接的，面向流的，提供高可靠性服务。收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。 即面向流的通信是无消息保护边界的。
2. UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无连接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通信是有消息保护边界的。
3. tcp是基于数据流的，于是收发的消息不能为空，这就需要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制，防止程序卡住，而udp是基于数据报的，即便是你输入的是空内容（直接回车），那也不是空消息，udp协议会帮你封装上消息头，实验略

udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对唯一一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,若是y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，但是会丢数据，不可靠

tcp的协议数据不会丢，没有收完包，下次接收，会继续上次继续接收，己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，但是会粘包。

两种情况下会发生粘包（本质都是不知道数据量大小造成的）

发的过程粘：发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一起，产生粘包）

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)


conn,addr=tcp_socket_server.accept()


data1=conn.recv(10)
data2=conn.recv(10)

print('----->',data1.decode('utf-8'))
print('----->',data2.decode('utf-8'))

conn.close()

import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8080)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)


s.send('hello'.encode('utf-8'))
s.send('feng'.encode('utf-8'))

收的过程粘：接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收（客户端发送了一段数据，服务端一次只收了一小部分，服务端下次再收的时候还是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包） 

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)


conn,addr=tcp_socket_server.accept()


data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的

print('----->',data1.decode('utf-8'))
print('----->',data2.decode('utf-8'))

conn.close()

import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8080)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)


s.send('hello feng'.encode('utf-8'))

拆包的发生情况

当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时，tcp会将这次发送的数据拆成几个数据包发送出去。

补充问题一：为何tcp是可靠传输，udp是不可靠传输？

基于tcp的数据传输请参考我的另一篇文章http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html，tcp在数据传输时，发送端先把数据发送到自己的缓存中，然后协议控制将缓存中的数据发往对端，对端返回一个ack=1，发送端则清理缓存中的数据，对端返回ack=0，则重新发送数据，所以tcp是可靠的

而udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，因此不可靠

补充问题二：send(字节流)和recv(1024)及sendall

recv里指定的1024意思是从缓存里一次拿出1024个字节的数据

send的字节流是先放入己端缓存，然后由协议控制将缓存内容发往对端，如果待发送的字节流大小大于缓存剩余空间，那么数据丢失，用sendall就会循环调用send，数据不会丢失

(* * * *)解决粘包的low版本处理方法

问题的根源在于，接收端不知道发送端将要传送的字节流的长度，所以解决粘包的low版本方法就是让发送端在发送数据前，把自己将要发送的字节流总大小提前发给接收端，然后接收端根据接收数据大小来一个死循环接收完所有数据

low版本的解决方法

from socket import *
import subprocess

ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024
back_log = 5

tcp_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)
while True:
    conn,addr = tcp_server.accept()
    print('新的客户端{}连接'.format(addr))
    while True:
        try:            #客户端异常关闭 断开连接，服务端进入等待连接状态
            # 收
            cmd = conn.recv(buffer_size)
            if not cmd:break    #收到的cmd 为空，直接断开通信循环
            print('收到客户端cmd命令:',cmd.decode('utf8'))
            # res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
            # err = res.stderr.read()
            # if err:
            #     ret_msg = err
            # else:
            #     ret_msg = res.stdout.read()
            # if not ret_msg:
            #     ret_msg = '执行成功，结果为空'.encode('gbk')
            send_info = "" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先用户我们将应用层表示层会" 
                        "话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先感知到的只是最上面一层应用层自我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "我们将应用层表示层会话层并作应用层从五层协议的角度来阐述每层的由来与功能搞清楚了每层的主要协议首先" 
                        "上而下每层都依赖于下一层所以我们从最下一层开始切入比较好理解"
            ret_msg = send_info.encode('utf-8')
            # 提前发个数据长度的报头
            length = len(ret_msg)
            conn.send(str(length).encode('utf-8'))

            confirm = conn.recv(buffer_size).decode('utf-8')
            if confirm == 'recv_ready':
                conn.sendall(ret_msg)
        except Exception as e:
            print(e)
            break

    conn.close()

tcp_server.close()

from socket import *
import subprocess

ip_port = ("127.0.0.1", 8080)
buffer_size = 1024
back_log = 5

tcp_client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)
print('连接上服务端...')

while True:
    # 发
    cmd = input("向服务端输入cmd命令>>>").strip()
    if not cmd:continue
    if cmd == 'quit':break      #客户端断开
    tcp_client.send(cmd.encode('utf8'))
    # 收到服务端提前发来的数据报头
    length = int(tcp_client.recv(buffer_size).decode('utf-8'))
    # 给服务端回一个准备好了
    tcp_client.send('recv_ready'.encode('utf-8'))
    recv_size = 0
    data = b''
    while recv_size < length:
        data += tcp_client.recv(buffer_size)
        recv_size += len(data)

    print('收到服务端回复:', data.decode('utf-8'))


tcp_client.close()

为何low：

程序的运行速度远快于网络传输速度，所以在发送一段字节前，先用send去发送该字节流长度，这种方式会放大网络延迟带来的性能损耗。

（* * * * *）解决粘包的高级版本处理方法

为字节流加上自定义固定长度报头，报头中包含字节流长度，然后一次性send到对端，对端在接收时，先从缓存中取出定长的报头，然后再取真实数据。

补充：struct模块 

该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

>>> struct.pack('i',1111111111111)

。。。。。。。。。

struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围

表示的长度为 2**32 =4294967296

>>> import struct
>>> struct('i',123)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'module' object is not callable
>>> struct.pack('i',123)
b'{x00x00x00'
>>> struct.pack('i',123445)
b'5xe2x01x00'
>>> struct.pack('i',123445124564645136)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
struct.error: argument out of range
>>> struct.pack('i',1234451245)
b'-;x94I'
>>> l = struct.pack('i',1234451245)
>>> len(l)
4
>>> struct.unpack('i',l)
(1234451245,)
>>> x = struct.unpack('i',l)
>>> type(x)
<class 'tuple'>
>>>

多了解struct可以参考：https://www.cnblogs.com/XJT2018/p/10914686.html

from socket import *
import subprocess,struct

ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024
back_log = 5

tcp_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)
while True:
    conn,addr = tcp_server.accept()
    print('新的客户端{}连接'.format(addr))
    while True:
        try:
            # 收
            cmd = conn.recv(buffer_size)
            if not cmd:break    #收到的cmd 为空，直接断开通信循环
            print('收到客户端cmd命令:',cmd.decode('utf8'))

            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
            err = res.stderr.read()
            if err:
                ret_msg = err
            else:
                ret_msg = res.stdout.read()
            if not ret_msg:
                ret_msg = '执行成功，结果为空'.encode('gbk')
            # 发
            conn.send(struct.pack('i',len(ret_msg)))    #发送ret_msg 长度
            conn.sendall(ret_msg)   #发送真实内容
        except Exception as e:
            print(e)
            break

    conn.close()

tcp_server.close()

from socket import *
import subprocess,struct

ip_port = ("127.0.0.1", 8080)
buffer_size = 1024
back_log = 5

tcp_client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)
print('连接上服务端...')

while True:
    # 发
    cmd = input("向服务端输入cmd命令>>>").strip()
    if not cmd:continue
    if cmd == 'quit':break      #客户端断开
    tcp_client.send(cmd.encode('utf8'))
    # 收到服务端提前发来的数据报头
    packlen = tcp_client.recv(4)
    unpacklen = struct.unpack('i',packlen)[0]
    print(type(unpacklen),unpacklen)
    # 接收全部消息
    recv_size = 0
    data = b''
    while recv_size < unpacklen:
        data += tcp_client.recv(buffer_size)
        recv_size += len(data)

    print('收到服务端回复:', data.decode('gbk'))


tcp_client.close()

我们可以把报头做成字典，字典里包含将要发送的真实数据的详细信息，然后json序列化，然后用struck将序列化后的数据长度打包成4个字节（4个自己足够用了）

发送时：

先发报头长度

再编码报头内容然后发送

最后发真实内容

接收时：

先手报头长度，用struct取出来

根据取出的长度收取报头内容，然后解码，反序列化

从反序列化的结果中取出待取数据的详细信息，然后去取真实的数据内容

import socket,struct,json
import subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加

phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

while True:
    conn,addr=phone.accept()
    while True:
        cmd=conn.recv(1024)
        if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd)

        res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                             shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()
        print(err)
        if err:
            back_msg=err
        else:
            back_msg=res.stdout.read()

        headers={'data_size':len(back_msg)}
        head_json=json.dumps(headers)
        head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8')

        conn.send(struct.pack('i',len(head_json_bytes))) #先发报头的长度
        conn.send(head_json_bytes) #再发报头
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容

    conn.close()
phone.close()

from socket import *
import struct,json

ip_port=('127.0.0.1',8080)
client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(ip_port)

while True:
    cmd=input('>>: ')
    if not cmd:continue
    client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8'))

    head=client.recv(4)
    head_json_len=struct.unpack('i',head)[0]
    print(head_json_len)
    head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8'))
    print(head_json)
    data_len=head_json['data_size']

    recv_size=0
    recv_data=b''
    while recv_size < data_len:
        recv_data+=client.recv(1024)
        recv_size+=len(recv_data)

    # print(recv_data.decode('utf-8'))
    print(recv_data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

(* * * *)认证客户端的链接合法性

如果你想在分布式系统中实现一个简单的客户端链接认证功能，又不像SSL那么复杂，那么利用 hmac+加盐 的方式来实现

from socket import *
import hmac,os

secret_key= 'xiong'
def conn_auth(conn):
    '''
    认证客户端链接
    :param conn:
    :return:
    '''
    print('开始验证新链接的合法性')
    msg=os.urandom(32)
    conn.sendall(msg)   #先发给对方一个32位字节
    h=hmac.new(secret_key.encode('utf-8'),msg)      #将 '盐' 和随机字节加密
    digest=h.digest()
    respone=conn.recv(len(digest))
    return hmac.compare_digest(respone,digest)      #compare_digest(a, b) -> bool，a b 必须是相同类型: 都是字符串或都是字节

def data_handler(conn,bufsize):      # 在通信循环前验证合法性
    if not conn_auth(conn):
        print('该链接不合法,关闭')
        conn.close()
        return
    print('链接合法,开始通信')
    while True:
        data=conn.recv(bufsize)
        if not data:break
        conn.sendall(data.upper())

def server_handler(ip_port,bufsize,backlog=5):      #链接循环
    '''
    只处理链接
    :param ip_port:
    :return:
    '''
    tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_server.bind(ip_port)
    tcp_socket_server.listen(backlog)
    while True:
        conn,addr=tcp_socket_server.accept()
        print('新连接[%s:%s]' %(addr[0],addr[1]))
        data_handler(conn,bufsize)

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    server_handler(ip_port,bufsize)

from socket import *
import hmac,os

secret_key='xiong'
def conn_auth(conn):
    '''
    验证客户端到服务器的链接
    :param conn:
    :return:
    '''
    msg=conn.recv(32)       #接收到 32位随机字节
    h=hmac.new(secret_key.encode('utf-8'),msg)
    digest=h.digest()
    conn.sendall(digest)

def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
    tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_client.connect(ip_port)

    conn_auth(tcp_socket_client)

    while True:
        data=input('>>: ').strip()
        if not data:continue
        if data == 'quit':break

        tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
        respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
        print(respone.decode('utf-8'))
    tcp_socket_client.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    client_handler(ip_port,bufsize)

from socket import *

def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
    tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_client.connect(ip_port)

    while True:
        data=input('>>: ').strip()
        if not data:continue
        if data == 'quit':break

        tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
        respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
        print(respone.decode('utf-8'))
    tcp_socket_client.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    client_handler(ip_port,bufsize)

from socket import *
import hmac,os

secret_key='sbsbsb'

def conn_auth(conn):
    '''
    验证客户端到服务器的链接
    :param conn:
    :return:
    '''
    msg=conn.recv(32)
    h=hmac.new(secret_key.encode('utf-8'),msg)
    digest=h.digest()
    conn.sendall(digest)

def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
    tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_client.connect(ip_port)

    conn_auth(tcp_socket_client)

    while True:
        data=input('>>: ').strip()
        if not data:continue
        if data == 'quit':break

        tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
        respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
        print(respone.decode('utf-8'))
    tcp_socket_client.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    client_handler(ip_port,bufsize)

---

(* * * * *)socketserver实现并发

基于tcp的套接字，关键就是两个循环，一个链接循环，一个通信循环。socketserver模块中分两大类：server类（解决链接问题）和request类（解决通信问题）

server类：

下面是多进程与多线程中 TCP/UDP 继承关系

  

重点：学习类的继承调用顺序和类的方法

以下述代码为例，分析socketserver源码：

ftpserver=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8080),FtpServer)
ftpserver.serve_forever()

查找属性的顺序：ThreadingTCPServer -> ThreadingMixIn -> TCPServer -> BaseServer

1. 实例化得到ftpserver，先找类ThreadingTCPServer的__init__,在TCPServer中找到，进而执行server_bind,server_active
2. 找ftpserver下的serve_forever,在BaseServer中找到，进而执行self._handle_request_noblock()，该方法同样是在BaseServer中
3. 执行self._handle_request_noblock()进而执行request, client_address = self.get_request()（就是TCPServer中的self.socket.accept()），然后执行self.process_request(request, client_address)
4. 在ThreadingMixIn中找到process_request，开启多线程应对并发，进而执行process_request_thread，执行self.finish_request(request, client_address)
5. 上述四部分完成了链接循环，本部分开始进入处理通讯部分，在BaseServer中找到finish_request,触发我们自己定义的类的实例化，去找__init__方法，而我们自己定义的类没有该方法，则去它的父类也就是BaseRequestHandler中找....

源码分析总结：

基于tcp的socketserver我们自己定义的类中的

1. 　　self.server 即套接字对象
2. 　　self.request 即一个链接相当于 conn,addr = tcp_server.accect() ,conn
3. 　　self.client_address 即客户端地址 ===> addr

import socketserver

class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print('conn is:',self.request)      # conn
        print('连接上客户端 addr is:',self.client_address)        # addr

        while True:
            # 收消息
            data = self.request.recv(1024)
            print('收到客户端消息：',data)

            # 发消息
            self.request.sendall(data.upper())

if __name__ == '__main__':
    s = socketserver.ThreadingTCPServer(("127.0.0.1",8080),MyServer)    #多线程
    # s = socketserver.ForkingTCPServer(("127.0.0.1",8080),MyServer)  #多进程 开销大于多线程，一般使用多线程。在Windows平台跑出错 在Linux可以执行
    print(s.server_address)
    print(s.RequestHandlerClass)
    print(s.socket)
    print(MyServer)
    s.serve_forever()

from socket import *

buffer_size = 1024
ip_port = ("127.0.0.1",8080)
client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(ip_port)

while True:
    msg = input("客户端1说话>>>")
    if not msg:continue
    if msg == "quit":break
    # 发消息
    client.send(msg.encode("utf-8"))
    # 收消息
    recv_msg = client.recv(buffer_size)
    print("收到服务端消息:",recv_msg.decode('utf-8'))

client.close()

基于udp的socketserver我们自己定义的类中的

1. 　　self.request 是一个元组（第一个元素是客户端发来的数据，第二部分是服务端的udp套接字对象），如(b'adsf', <socket.socket fd=200, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8080)>)
2. 　　self.client_address即客户端地址

import socketserver

class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print(self.request)
        # 收消息
        print('收到客户端消息：',self.request[0])

        # 发消息
        self.request[1].sendto(self.request[0].upper(),self.client_address)

if __name__ == '__main__':
    s = socketserver.ThreadingUDPServer(("127.0.0.1",8080),MyServer)    #多线程
    s.serve_forever()
    # self.server_address = server_address
    # self.RequestHandlerClass = RequestHandlerClass

'''UDP客户端'''
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)
buffer_size=1024

udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)   #数据报

while True:
    msg=input('>>: ')
    udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)

    print('服务端时间>>>',data.decode('utf-8'))
    # print(data)
    # print('来着服务端地址>>>',addr)

(* * * * *)FTP作业：上传下载文件