23.网络编程：Socket套接字介绍，套接字工作流程，基于TCP协议的套接字程序，编写远程执行命令

• Socket套接字介绍

• 套接字工作流程

• 基于tcp协议的套接字程序

• 编写远程执行命令的程序

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• 为何学习socket套接字一定要先学习互联网协议：

1.首先：要想开发一款自己的C/S架构软件，就必须掌握socket编程

2.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

3.然后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。

• socket层

从上图中，我们没有看到socket的影子，它在哪里呢？用图说话一目了然

• socket套接字是什么

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

所以，无需深入理解tcp/udp协议，socket已经封装好了，只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

基于文件类型的套接字家族的名字：AF_UNIX

基于网络类型的套接字家族的名字：AF_INET

• 套接字工作流程

  基于TCP套接字通信的流程图：

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

• 1、socket套接字的用法：

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
socket_family 可以是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 
			  可以是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 一般不填,默认值为 0。

获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。
使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空
间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

• 2、socket套接字函数

服务端套接字函数
s.bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
s.listen()  开始TCP监听
s.accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字函数
s.connect()     主动初始化TCP服务器连接
s.connect_ex()  connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

公共用途的套接字函数
s.recv()            接收TCP数据
s.send()            发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完)
s.sendall()         发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存
					区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完)
					
s.recvfrom()        接收UDP数据
s.sendto()          发送UDP数据
s.getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
s.getsockname()     当前套接字的地址
s.getsockopt()      返回指定套接字的参数
s.setsockopt()      设置指定套接字的参数
s.close()           关闭套接字

面向锁的套接字方法
s.setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
s.settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字的函数
s.fileno()          套接字的文件描述符
s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

• 3、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

ss = socket()  # 创建服务器套接字
ss.bind()   # 把地址绑定到套接字
ss.listen()  # 监听链接
inf_loop:        # 服务器无限循环
    cs = ss.accept() # 接受客户端链接
    comm_loop:   # 通讯循环
        cs.recv()/cs.send() # 对话(接收与发送)
    cs.close()    # 关闭客户端套接字
ss.close()       # 关闭服务器套接字(可选)

tcp客户端

1 cs = socket()    # 创建客户套接字
2 cs.connect()    # 尝试连接服务器
3 comm_loop:        # 通讯循环
4     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
5 cs.close()            # 关闭客户套接字

socket通信流程与打电话流程类似，以打电话为例来实现一个简版的套接字通信

## 服务端.py文件

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议

# 2、绑定电话卡
phone.connect(('127.0.0.1',8080))  # 回环地址ip

# 3、开机
phone.listen(5)   # 半连接池
 
# 4、接收链接请求 
conn,client_addr = phone.accept() # phone.accept背后在做tcp的三次握手,有返回值
# 返回值赋值给conn对象(代表tcp三次握手的封装成果)和client_addr（客户端的ip + port（端口）)
                                
# 5、收发消息
data = conn.recv(1024)  # 最大接收的字节数，data（bytes类型）接收的是网络发过来的数据
print(data)
conn.send(data.upper()) # 以大写格式回复消息

# 6、挂电话
conn.close()

# 4、关机
phone.close()



## 客户端.py文件

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议

# 2、打电话
phone.connect(('127.0.0.1',8080))  # 回环地址ip

# 3、发收数据
phone.send("hello".encode('utf-8'))  # 发消息
data = phone.recv(1024)          # 收消息
print(data.decode('utf-8'))  # 服务端发来的数据，收到是大写的bytes，用utf-8解码

# 4、关闭
phone.close()

'''
补充知识：回环地址IP
IP地址127.0.0.1 代表本机IP地址，等价于localhost⽤ http://127.0.0.1 就可以测试本机中配置的Web服务器。
    
127.0.0.1，通常被称为本地回环地址(Loop back address)，不属于任何一个有类别地址类。它代表设备的本地
虚拟接口，所以默认被看作是永远不会宕掉的接口。在windows操作系统中也有相似的定义，所以通常在不安装网卡前
就可以ping通这个本地回环地址。一般都会用来检查本地网络协议、基本数据接口等是否正常的

'''

加上通信循环与链接循环，即异常处理

## 服务端.py文件

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议
# phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)  关于端口占用的修改

# 2、绑定电话卡
phone.connect(('127.0.0.1',8080))  # 回环地址ip

# 3、开机
phone.listen(5)   # 半连接池 

# 4、接收链接请求 
while True:   # 链接循环
    conn,client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)     
# 5、收发消息 
    while True:  # 通信循环
        try:  # 应对Windows系统的异常
            data = conn.recv(1024)
            if len(data) == 0:  # 应对linux系统的异常处理，正常情况data不会等于0
                break
            print(data)
            conn.send(data.upper()) 
	except Exception: # 应对Windows系统的异常
            break  # 无论应对哪个异常都应该将循环结束掉
# 6、挂电话
	conn.close()
# 4、关机
phone.close()


## 客户端.py文件

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  # 流式协议

# 2、打电话
phone.connect(('127.0.0.1',8080))  # 回环地址ip

# 3、发收数据
while True:     # 加while循环
    msg = input('>>>>:').strip()
    if len(msg) == 0:   # 解决输入空的bug
        continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))  # 发消息
    data = phone.recv(1024)          # 收消息
    print(data.decode('utf-8'))  
# 4、关闭
phone.close()

'''
问题：关于端口占用的修改

在重启服务端时可能会遇到

OSError:[Errno 48] Address already in use  # 地址已经在使用中

这个是由于服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址
# 在绑定之前加入一条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))

'''

编写远程执行命令的程序：

# 服务端.py文件

import socket
import subprocess   # 提交系统命令模块

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
phone.listen(5)

while True:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)

    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)  # 接收命令
            if len(data) == 0:
                break
            cmd = data.decode('utf-8') # bytes类型解码成字符串
            obj = subprocess.Popen(cmd, shell=True, # 等同于调用命令解释器
                             stdout=subprocess.PIPE, 
                             stderr=subprocess.PIPE
                             )
            res1 = obj.stdout.read()  # 管道内存正确输出结果
            res2 = obj.stderr.read()  # 管道内存错误输出结果

            conn.send(res1+res2)  # 命令运行的结果
        except Exception:
            break
    conn.close()

phone.close()


## 客户端.py文件

import socket
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  
phone.connect(('127.0.0.1',8080))


while True:
    msg = input('>>>: ').strip() # 输入命令由服务端的data接收
    if len(msg) == 0:
        continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    # subprocess使用当前系统默认编码，得到结果为bytes类型，在windows下需要用gbk解码
    print(data.decode('gbk'))
phone.close()