基于Tcp的socket编程

目录

• 基于Tcp的socket编程
  • 最简单的基于tcp的循环通信
  • subprocess模块补充
  • TCP协议完成远程执行cmd命令
  • 粘包问题
    • 什么是粘包
    • TCP发送数据的四种情况
    • 为何tcp是可靠传输，udp是不可靠传输
    • 粘包的两种情况
    • struck模块补充
    • 解决粘包的方法

基于Tcp的socket编程

最简单的基于tcp的循环通信

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最简单的基于tcp的循环通信，s和c互发消息，但无法实现多个c与s通信
'''
# server端

import socket
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)  # 避免服务器重启时报address already in use错误
sk.bind(('127.0.0.1',8081))  # （‘ip’，端口）--元组
sk.listen(5)  # 监听

while True:  # 链接循环
    print('正在等待客户端连接')
    # 连接堵塞，等待客户端连接，没有就一直卡在这。
    conn, addr = sk.accept()  # 接收别人的电话，  conn连接，addr地址
    print(f'{addr}已连接！')
    while True:  # 通信循环
        # 通信堵塞，等待客户端发送的信息，没有就一直可在这。
        ret = conn.recv(1024).decode('utf8')
        if ret == 'bye':
            break
        print(ret)
        info = input('>>>')
        conn.send(info.encode('utf8'))

    conn.close()    # 挂电话
sk.close()     # 关手机


# client端

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8081))  # 拨打别人的手机号

while True:
    info = input('>>>')
    sk.send(info.encode('utf8'))
    ret = sk.recv(1024).decode('utf8')
    print(ret)

sk.close()

subprocess模块补充

#subprocess 执行系统命令的模块

import subprocess
#执行系统dir命令,把执行的正确结果放到管道中
obj=subprocess.Popen('tasklistdd',shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
#拿到正确结果的管道,读出里面的内容
ss=obj.stdout.read()
err=obj.stderr.read()
print('错误信息',str(err,encoding='gbk'))
#因为windows用的gbk编码,用gbk解码
print(str(ss,encoding='gbk'))

TCP协议完成远程执行cmd命令

'''
利用TCP协议完成远程执行cmd命令
'''

# server 端
import socket
import subprocess
soc=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
soc.bind(('127.0.0.1',8001))
soc.listen(3)
while True:
    print('等待客户端连接')
    conn,addr=soc.accept()
    print('有个客户端连接上了',addr)
    while True:
        try:
            data=conn.recv(1024)
            if len(data)==0:
                break
            print(data)
            obj = subprocess.Popen(str(data,encoding='utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            #执行正确的结果 b 格式,gbk编码(windows平台)
            msg=obj.stdout.read()
            #把执行的结果通过网络传给c端
            conn.send(msg)
        except Exception:
            break
    # 关闭通道
    conn.close()
# 关闭套接字
soc.close()


# client 端
import socket
soc=socket.socket()
soc.connect(('127.0.0.1',8001))
while True:
    in_s=input('请输入要执行的命令:')
    soc.send(in_s.encode('utf-8'))
    data=soc.recv(1024)
    print(str(data,encoding='gbk'))
#粘包:tcp会把数据量较小,时间间隔较短的数据,当做同一个包发送

粘包问题

上述远程执行cmd命令时，如果cmd命令输出结果过长，就会发生粘包现象，一次接收不完，就会分次接收，导致数据接收不完全

注意：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何，且听我娓娓道来。

什么是粘包

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。

• 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。
• 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。
• 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。

TCP发送数据的四种情况

假设客户端分别发送了两个数据包D1和D2给服务端，由于服务端一次读取到的字节数是不确定的，故可能存在以下4种情况。

1. 服务端分两次读取到了两个独立的数据包，分别是D1和D2，没有粘包和拆包；
2. 服务端一次接收到了两个数据包，D1和D2粘合在一起，被称为TCP粘包；
3. 服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了完整的D1包和D2包的部分内容，第二次读取到了D2包的剩余内容，这被称为TCP拆包；
4. 服务端分两次读取到了两个数据包，第一次读取到了D1包的部分内容D1_1，第二次读取到了D1包的剩余内容D1_2和D2包的整包。

特例：如果此时服务端TCP接收滑窗非常小，而数据包D1和D2比较大，很有可能会发生第五种可能，即服务端分多次才能将D1和D2包接收完全，期间发生多次拆包。

为何tcp是可靠传输，udp是不可靠传输

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

粘包的两种情况

• 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）
• 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）

struck模块补充

import struct
#把一个数字打包成固定长度的4字节
obj=struct.pack('i',1098)
print(obj)  # b'Jx04x00x00'
print(len(obj))  # 4

l=struct.unpack('i',obj)[0] 
print(l)  # 1098

解决粘包的方法

• 扩大单次接收的字节数，单文件过大根本没用，很鸡肋！
• 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）

主要讲第二个方法

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

# server

import socket
import subprocess
import struct

soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
soc.bind(('127.0.0.1', 8001))
soc.listen(3)
while True:
    print('等待客户端连接')
    conn, addr = soc.accept()
    print('有个客户端连接上了', addr)
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            if len(data) == 0:
                break
            print(data)
            obj = subprocess.Popen(str(data, encoding='utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)
            # 执行正确的结果 b 格式,gbk编码(windows平台)
            msg = obj.stdout.read()
            # 发送的时候需要先把长度计算出来
            # 头必须是固定长度
            # 先发4位,头的长度
            import json
            dic = {'size': len(msg)}
            dic_bytes = (json.dumps(dic)).encode('utf-8')
            # head_count是4个字节的长度
            head_count = struct.pack('i', len(dic_bytes))
            conn.send(head_count)
            # 发送头部内容
            conn.send(dic_bytes)
            # 发了内容
            conn.send(msg)
        except Exception:
            break
    conn.close()
soc.close()


# client

import socket
import struct
import json

soc = socket.socket()
soc.connect(('127.0.0.1', 8001))
while True:
    in_s = input('请输入要执行的命令:')
    soc.send(in_s.encode('utf-8'))
    # 头部字典的长度
    head_dic_len = soc.recv(4)
    # 解出真正的长度
    head_l = struct.unpack('i', head_dic_len)[0]
    # byte 字典的长度
    # 收真正的头部字典
    dic_byte = soc.recv(head_l)
    head = json.loads(dic_byte)
    l = head['size']
    count = 0
    data_total = b''
    while count < l:
        if l < 1024:  # 如果接受的数据小于1024 ,直接接受数据大小
            data = soc.recv(l)
        else:  # 如果接受的数据大于1024
            if l - count >= 1024:  # 总数据长度-count(目前收到多少,count就是多少) 如果还大于1024  ,在收1024
                data = soc.recv(1024)
            else:  # 总数据长度-count(目前收到多少,count就是多少) 如果小于1024,只收剩下的部分就可
                data = soc.recv(l - count)
        data_total += data
        count += len(data)
    print(str(data_total, encoding='gbk'))