• Python之socket编程


    =======================摘自https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6129246.html  ======================

    一、SOCKET编程

    1、软件架构:软件架构分为c/s和b/s架构,即客户端/服务器和浏览器/服务器的模式。

    学习socket就是为了完成c/s架构的编程;

    2、OSI七层协议

    常见的osi七层协议也叫TCP/IP四层或者TCP/IP五层协议

    每层对应的物理设备

    3、网络协议

    c/s架构的软件是基于网络进行通信的,网络的核心就是一堆协议,协议即标准,想要开发一款基于网络通信的软件,就必须遵循这些协议;

    在OSI七层协议中,socket层位于应用层和传输层的中间;

    4、socket

    socket是应用层与TCP/IP协议簇通信的中间软件抽象层,它是一组接口。它把复杂的TCP/IP协议簇隐藏在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;

    常见的套接字家族

    (1)、基于文件类型的套接字家族:AF_UNIX

    unix一切皆文件,基于文件的套接字调用就是底层的文件系统来去数据,两个套接字进程运行在同一机器,可以通过访问一个文件

    系统间接完成通讯;

    (2)、基于网络类型的套接字家族:AF_INET

    (3)、socket套接字工作原理

    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。客户端初始化一个socket,然后连接服务器(connect),如果连接成功,这是客户端与服务器端的的连接就建立了。

    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,依次交互结束。

    (4)、套接字通信原理

    (4)、socket套接字函数

    import socket
    s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    """
    a、服务器端套接字函数
    s.bind() 绑定(主机端口)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
    
    
    b、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,出错时返回错误码,而不是抛出异常
    
    
    c、公共用途的套接字函数
    s.recv() 接受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,数据不会丢失,循环调用send知道发完)
    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.getsocname()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
    
    
    d、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.timeout()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
    
    
    e、面向文件的套接字函数
    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
    """
    

    5、基于TCP的套接字

    (1)、一次性通信

    server端

    ###
    ###导入socket
    import socket
    ###socket实例化
    phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    print(phone)
    ###绑定ip、端口
    phone.bind(("127.0.0.1",8000))
    ###连接数
    phone.listen(5)
    ###相当于TCP连接
    conn,addr =phone.accept()
    ###接收信息
    msg = conn.recv(1024)
    print("服务器接收到客户端的信息为:%s" %msg)
    ###发送信息
    conn.send(msg.upper())
    ###关闭连接
    conn.close()
    ###挂壁socket
    phone.close()
    

     client端

    import socket
    ####socket实例化
    phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    ##连接服务器
    phone.connect(("172.81.251.35",8000))
    ###发送消息
    phone.send("hello".encode("utf-8"))
    ###接收消息
    data = phone.recv(1024)
    print("收到服务端的发来的消息:" ,data)
    

     (2)、循环通信

    server端

    ###
    ###导入socket
    import socket
    ###socket实例化
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    print(tcp_server)
    ###绑定ip、端口
    ip_port = ("127.0.0.1",8000)
    tcp_server.bind(ip_port)
    ###连接数
    tcp_server.listen(5)
    ###相当于TCP连接
    while True:  ###链接循环
        print("服务端已经开始运行了!!!!")
        conn,addr =tcp_server.accept()
        print(conn,addr)
        ###接收信息
        print("正在等在接收客户端数据!!!!")
        while True:  ###通讯循环
            try:
                server_rev_data = conn.recv(1024)
                print("服务器接收到客户端的信息为:",server_rev_data.decode("utf-8"))
                ###发送信息
                conn.send(server_rev_data.upper())
            except Exception:
                break
        ###关闭连接
        conn.close()
    ###挂壁socket
    tcp_server.close()
    

     client端

    import socket
    ####socket实例化
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    ##连接服务器
    ip_port = ("127.0.0.1",8000)
    tcp_client.connect(ip_port)
    print(tcp_client)
    ###发送消息
    while True:  ###循环通信
        msg_send = input("请输入你访问服务器的资源:")
        if not msg_send:continue     ###为空处理
        tcp_client.send(msg_send.encode("utf-8"))
        ###接收消息
        data = tcp_client.recv(1024)
        print("客户端接收到服务端返回的资源:",data.decode("utf-8"))
    tcp_client.close()
    

     备注:在重启服务端的时候可能会遇到Address Already in use的错误:

    这是由于服务器端存在四次挥手的time_wait状态占用地址(在TCP三次握手,四次挥手、syn洪水攻击,服务器高并发的情况下会有大量的time_wait状态)

    ###优化方法:在实例socket与绑定ip、端口的中间加上
    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))
    

     6、基于UDP套接字

    (1)、udp套接字

    server端

    from socket import *
    udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    udp_server.bind(ip_port)
    buffer_size = 1024
    while True:
        print("服务器开始接收消息!!!")
        data_rev,addr= udp_server.recvfrom(buffer_size)
        print(data_rev)
        data_send = udp_server.sendto(data_rev.upper(),addr)
    

     client端

    from socket import *
    udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    buffer_size = 1024
    while True:
        msg_client = input("请输入需要发送的消息:")
        udp_client.sendto(msg_client.encode("utf-8"),ip_port)
        print(udp_client.recvfrom(buffer_size))
    

     (2)、时间服务器

    server端

    from socket import *
    import time
    udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    udp_server.bind(ip_port)
    buffer_size = 1024
    while True:
        print("服务器开始接收消息!!!")
        data_rev,addr= udp_server.recvfrom(buffer_size)
        print(data_rev)
        back_time = time.strftime("%Y-$m-%d %X")
        data_send = udp_server.sendto(back_time.encode("utf-8"),addr)
    

     client端

    from socket import *
    udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    buffer_size = 1024
    while True:
        msg_client = input("请输入需要发送的消息:")
        udp_client.sendto(msg_client.encode("utf-8"),ip_port)
        print(udp_client.recvfrom(buffer_size))
    

     7、粘包现象

    (1)、远程执行命令-tcp套接字

    server端

    import socket
    import  subprocess
    cmd_server =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    cmd_server.bind(ip_port)
    cmd_server.listen(10)
    buffer_size =1024
    while True:
        conn,addr = cmd_server.accept()
        while True:
            try:
                print("==============》》》》开始接收命令")
                cmd = conn.recv(buffer_size)
    
                res = subprocess.Popen(cmd.decode("gbk"),shell=True,
                                       stderr=subprocess.PIPE,
                                       stdout= subprocess.PIPE,
                                       stdin=subprocess.PIPE)
                print("=======》》》接收到的命令是:",cmd)
                err = res.stderr.read()
                if err:
                    cmd_res = err
                else:
                    cmd_res = res.stdout.read()
                if not cmd_res:
                    cmd_res = "命令执行成功!!!".encode("gbk")
                conn.send(cmd_res)
            except Exception:
                break
        conn.close()
    

     client端

    import socket
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    buffer_size =1024
    cmd_client =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    cmd_client.connect(ip_port)
    while True:
        cmd = input("命令输入行:").strip()
        if not cmd:continue
        if cmd =="quit":break
        cmd_client.send(cmd.encode("utf-8"))
    
    
        cmd_res = cmd_client.recv(buffer_size)
        print(cmd_res.decode("gbk"))
    

     备注:在远程执行命令的程序中,可能会出现粘包现象:执行下一条命令显示的是上一条命令的结果

    (2)、粘包现象

    a、只有TCP有粘包现象,UDP永远不会粘包

     

    发送端可以使1k1k地发送数据,而接收端的应用程序可以2k2k地提走数据,当然也有可能一次提走3k或5k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,或者是一个流(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是不同的。怎样定义消息呢?可以认为堆放一次性write/send的数据为一个消息,需要明白的是当对方send一条消息的时候,

    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套接字的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,在接收方看来,根本不知道

    文件的字节流从何处开始,在何处结束。所谓的粘包问题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。

         a.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。

        a.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。

       a.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。

    b、发生粘包的两种情况

    第一种情况: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,数据量很小,或合并到一起,产生粘包)

    server端

    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()
    

     client端

    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('world'.encode('utf-8'))
    s.send('python'.encode('utf-8'))
    

      第二种情况: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,服务器端只接收了一小部分,服务器端下次再接收的时候还是

    从缓冲区拿上次遗留的数据,产生粘包)

    server端

    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()
    

      client端

    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 world'.encode('utf-8'))
    

      备注1:send和recv(1024)以及sendall

    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。

    c、解决粘包的方法

    将发送方发送的长度告知接收方,然后对接收到的数据的长度与接收到的长度进行比较;

    c.1、第一版:

    server端

    #!/usr/bin/env python
    # _*_ coding:utf-8 _*_
    from socket import *
    import subprocess
    ip_port = ("127.0.0.1",8080)
    back_log = 5
    buffer_size = 1024
    cmd_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    cmd_server.bind(ip_port)
    cmd_server.listen(back_log)
    while True:
        conn,add = cmd_server.accept()
        while True:
            msg = conn.recv(buffer_size)
            print("从客户端接收到命令:",msg)
            if not msg:break
            res = subprocess.Popen(msg.decode("utf-8"),shell=True,
                                   stdin =subprocess.PIPE,
                                   stderr = subprocess.PIPE,
                                   stdout = subprocess.PIPE)
            err = res.stderr.read()
            if err:
                ret =err
            else:
                ret = res.stdout.read()
            data_lentht = len(ret)
            conn.send(str(data_lentht).encode("utf-8"))
            data = conn.recv(buffer_size).decode("utf-8")
            if data == "recv_ready":
                conn.sendall(ret)
        conn.close()
    

     client端

    #!/usr/bin/env python
    # _*_ coding:utf-8 _*_
    from socket import *
    import subprocess
    ip_port = ("172.81.251.35",8000)
    back_log = 5
    buffer_size = 1024
    cmd_client= socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    cmd_client.connect(ip_port)
    while True:
    
        msg = input("请输入你要执行的命令:").strip()
        if len(msg) == 0:continue
        if msg == "quit":break
        cmd_client.send(msg.encode("utf-8"))
    
        lenght = int(cmd_client.recv(buffer_size).decode("utf-8"))
        cmd_client.send("recv_ready".encode("utf-8"))
        send_size = 0
        recv_size = 0
        data = b""
        while recv_size<lenght:
            data+=cmd_client.recv(buffer_size)
            recv_size=len(data)
    
    
        print(data.decode("utf-8"))
    

     c.2、第二版

    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,然后再取出真实数据;

    c.2.1、struct模块

    该模块可以把一个类型,如数字,转成固定长度的bytes;

    下表为struct模块的格式与python类型的对照表

    struct的用法

    from socket import *
    import json,struct
    ip_port = ("172.81.251.35",8000)
    back_log = 5
    buffer_size = 1024
    cmd_client= socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    cmd_client.connect(ip_port)
    conn,add =cmd_client.accept()
    #假设通过客户端上传1T:1073741824000的文件a.txt
    
    #为避免粘包,必须自定制报头
    header={'file_size':1073741824000,'file_name':'/a/b/c/d/e/a.txt','md5':'8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3'} #1T数据,文件路径和md5值
    
    #为了该报头能传送,需要序列化并且转为bytes
    head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化并转成bytes,用于传输
    
    #为了让客户端知道报头的长度,用struck将报头长度这个数字转成固定长度:4个字节
    head_len_bytes=struct.pack('i',len(head_bytes)) #这4个字节里只包含了一个数字,该数字是报头的长度
    
    #客户端开始发送
    conn.send(head_len_bytes) #先发报头的长度,4个bytes
    conn.send(head_bytes) #再发报头的字节格式
    conn.sendall("文件内容") #然后发真实内容的字节格式
    
    #服务端开始接收
    head_len_bytes=s.recv(4) #先收报头4个bytes,得到报头长度的字节格式
    x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取报头的长度
    
    head_bytes=s.recv(x) #按照报头长度x,收取报头的bytes格式
    header=json.loads(json.dumps(header)) #提取报头
    
    #最后根据报头的内容提取真实的数据,比如
    real_data_len=s.recv(header['file_size'])
    s.recv(real_data_len)
    

     对粘包处理方法进行优化:

    server端

    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()
    
            ###发送自定义报头长度
            conn.send(struct.pack('i',len(back_msg))) #先发back_msg的长度
            conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
    
        conn.close()
    

     client端

    #_*_coding:utf-8_*_
    __author__ = 'Linhaifeng'
    import socket,time,struct
    
    s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))
    
    while True:
        msg=input('>>: ').strip()
        if len(msg) == 0:continue
        if msg == 'quit':break
    
        s.send(msg.encode('utf-8'))
    
    
        ###接收自定义报头
        l=s.recv(4)
        x=struct.unpack('i',l)[0] ##反解自定义报头长度,
        print(type(x),x)
        # print(struct.unpack('I',l))
        r_s=0   ###接收实质报文的处理
        data=b''
        while r_s < x:
            r_d=s.recv(1024)
            data+=r_d
            r_s+=len(r_d)
    
        # print(data.decode('utf-8'))
        print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码
    

     

  • 相关阅读:
    一些经验
    倍增(在线)求LCA
    IDA*算法——骑士精神
    A*算法——第K短路
    (持续更新)一些黑科技和技巧
    逆元
    方便人类——信息学训练专用库
    PHP单点登陆
    PHP 中运用 elasticsearch
    PHP斐波那契数列
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/tengjiang/p/12077040.html
Copyright © 2020-2023  润新知