一律、客户端/服务器架设

  网络中四处都该了C/S架构,我们念socket就是为着形成C/S架构的支付。

其次、scoket与网络协议

  如想使实现网络通信我们用对tcpip,http等很多大网文化有比深切的学习后才出诸如此类的力量,但是对我们先后支付程序员来说是如出一辙宗永的时间,所以即使生了包装比较好的socket来赞助咱缓解这些问题,使得我们的关注点不再是无规律的网络协议等问题。socket已经也我们封装好了,我们无非待遵循socket的确定去编程,写起的程序自然就是是准tcp/udp标准的。

  socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中级软件抽象层,它是同一组接口。在设计模式中,Socket其实就是是一个外衣模式,它将纷繁的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所有,让Socket去组织数据,以合乎指定的协商。

json 1

  简单的话我们得管socket说成ip+端口,所以标识了互联网遭受绝无仅有的一个应用程序。

三、套接字

  学接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的
Unix,即人们所说之 BSD Unix。一开始,套接字被规划用当同
一令主机及大都独应用程序之间的简报。套接字有星星点点种(或者叫有一定量单种族),分别是依据文件型的跟基于网络型的。

  基于文件类型的拟接字家族:AF_UNIX

  unix一切均文件,基于文件的套接字调用的就是是根的文件系统来取数据,两个拟接字进程运行在同一机器,可以由此顾与一个文件系统间接完成通信

  基于网络项目的拟接字家族:AF_INET

  还有AF_INET6被用来ipv6,还有一部分其它的地址家族,AF_INET是使用最普遍的一个,python支持好多种地方家族,但是出于我们仅关注网络编程,所以大部分辰光我么只使AF_INET

  套接字函数:

  1)socket()模块

import socket
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)

  使用 ‘from socket import *’,我们就是管 socket
模块里之具备属性都拉动顶我们的命名空间里了,这样能够
大幅减短我们的代码。例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

2)服务端套接字函数

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

3)客户端套接字函数

connect()     主动初始化TCP服务器连接
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

4)公共用途的套接字函数

recv()            接收TCP数据
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)
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)
recvfrom()        接收UDP数据
sendto()          发送UDP数据
getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
getsockname()     当前套接字的地址
getsockopt()      返回指定套接字的参数
setsockopt()      设置指定套接字的参数
close()           关闭套接字

5)面向锁之套接字函数

setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间

6)面向文件的套接字函数

fileno()          套接字的文件描述符
makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

季、基于tcp的套接字代码实现

  tcp是冲链接的,必须先行启动服务端,然后再开行客户端去链接服务端。

  server:

json 2json 3

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

View Code

  client:

json 4json 5

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

View Code

  socket通信与打电话的办法充分相似:

  server:

json 6json 7

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8080)#电话卡
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机,监听最多五个

while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话

        # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生

        print(msg,type(msg))

        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

    conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

server

  client:

json 8json 9

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect_ex(ip_port)           #拨电话

while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)

    feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
    print(feedback.decode('utf-8'))

s.close()                                       #挂电话

client

  以操作的进程被再开服务端可能会见产出OSError,地址早就于采取了,出现这种题材的来头是盖根据tcp四不善挥手并从未结束,所以端口仍被占据,所以要加入一久socket配置更使用ip和端口。

json 10json 11

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))

View Code

  我们尚好如法炮制ssh实现远程模拟命令:

json 12json 13

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

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

    while True:
        try:
            cmd=conn.recv(1024)
            #if not cmd:break #针对linux
            #执行cmd命令,拿到cmd的结果,结果应该是bytes类型
            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)
            stdout=res.stdout.read()
            stderr=res.stderr.read()

            #发送命令的结果
            conn.send(stdout+stderr)
        except Exception:
            break
    conn.close() #挂电话
phone.close() #关机

server

json 14json 15

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

while True:
    cmd=input('>>: ').strip()
    if not cmd:continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))
    cmd_res=phone.recv(1024)
    print(cmd_res.decode('gbk'))
phone.close()

client

  这里我们所以到了subprocess模块,允许你失去创造一个新的历程被那推行另外的程序,并与它们进行通信,获取标准的输入、标准输出、标准错误与返回码等。

  subprocess模块中定义了一个Popen类,通过她可以来创造过程,并与那展开复杂的互动。subprocess模块的结果的编码是为当下所当的体系为按照的,如果是windows,那么res.stdout.read()读出的哪怕是GBK编码的,在接收端需要为此GBK解码。

  他的init函数是如此的:

__init__(self, args, bufsize=0, executable=None, 
stdin=None, stdout=None, stderr=None, preexec_fn=None, 
close_fds=False, shell=False, cwd=None, env=None, 
universal_newlines=False, startupinfo=None, 
creationflags=0)

  args:必须是一个字符串或者序列类型,用于指定进程的可执行文件及其参数。如果是一个行列类型参数,则行的率先只要素通常都要是一个可执行文件的门径。当然也得使用executeable参数来指定可执行文件的门路。

  stdin,stdout,stderr:分别代表程序的科班输入、标准输出、标准错误。有效之值好是PIPE,存在的文件描述符,存在的文书对象要None,如果为None需从翁进程继续过来,stdout可以是PIPE,表示对进程创造一个管道,stderr可以是STDOUT,表示业内错误数据应打应用程序中捕获并作专业输出流stdout的公文句柄。

  shell:如果这参数为装置也True,程序用由此shell来实施。 
  env:它讲述的是子进程的环境变量。如果也None,子进程的环境变量将由翁进程继续而来。

res = subprocess.Popen(r'dir', shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)

五、基于udp的套接字

  udp是任链接的,先启动哪一样端都无见面报错。

ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
ss.bind()       #绑定服务器套接字
while True :       #服务器无限循环
    cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
ss.close()                         # 关闭服务器套接字

cs = socket()   # 创建客户套接字
while True :      # 通讯循环
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
cs.close()                      # 关闭客户套接字

  基于udp套接字的概括示例

json 16json 17

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

udp_server_client.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(1024)
    print(msg,addr)

    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

udpserver

json 18json 19

from socket import *

udp_cs=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    udp_cs.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',9000))
    msg,addr=udp_cs.recvfrom(1024)
    print(msg.decode('utf-8'),addr)

udpclient

  qq聊天就是是基于udp完成的,由于udp无连接,所以可以又多个客户端去跟服务端通信。

json 20json 21

from socket import *

udp_ss=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udp_ss.bind(('127.0.0.1',8081))

while True:
    msg,addr=udp_ss.recvfrom(1024)
    print('来自[%s]的一条消息:%s' %(addr,msg.decode('utf-8')))
    msg_b=input('回复消息: ').strip()
    udp_ss.sendto(msg_b.encode('utf-8'),addr)

qqserver

json 22json 23

from socket import *

udp_cs = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

while True :
    msg = input('请输入消息,回车发送: ').strip()
    if msg == 'quit' : break
    if not msg : continue
    udp_cs.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8081))

    back_msg,addr = udp_cs.recvfrom(1024)
    print('来自[%s]的一条消息:%s' %(addr,back_msg.decode('utf-8')))

udp_cs.close()

qqclient

  client可以开多只。

六、粘包

  粘包现象只见面生在tcp的链接过程遭到,udp是未会见起粘包现象的(UDP是面向消息之协议,每个UDP段都是一致长条消息,应用程序必须为信吧单位领取数据,不克平等涂鸦提取任意字节的多寡)。

json 24

  上图是socket收发信息的原理图,TCP协议是面向流的商谈,应用程序得到的数额是一个完好无损数据流(stream),一长条信息来微微字节对于应用程序是不可见的,消息从哪起至啦了,应用程序一无所知,这即导致出现粘包问题了。

  粘包问题本质就是是为接收方不知底消息里的界限,不亮堂一次性领取多少字节的多少所招的。

   从脚数据报文来拘禁:tcp收发两端(客户端与服务器端)都设出各个成对之socket,因此,发送端为了以多单发作朝接收端的管教,更管用的发到对方,使用了优化措施(Nagle算法),将反复区间较小且数据量小的数额,合并成一个分外之数据块,然后开展封包。这样,接收端,就寸步难行分辨出了。而udp支持之是均等针对几近的模式,所以吸收端的skbuff(套接字缓冲区)采用了链式结构来记录每一个到的UDP包,在每个UDP包中即发生矣消息头(消息来源地址,端口等信息),这样,对于接收端来说,就爱进行分处理了。

  因为这些出入,tcp收发信息都未克也空,在客户端以及服务端都如加加空信息处理机制,防止程序卡死。udp不是基于流的数据报,即使你输入的始末是空发出去的数量报或者由于包头证明自己之长是0。

  udp虽然非粘包可也发出异的弱项,大家还给他不得因传输,udp的recvfrom是死的,一个recvfrom(x)必须对唯一一个sendinto(y),收收了x个字节的多少就完事,若是y>x数据就是丢,这象征udp根本不会见粘包,但是会弃数据,不可靠
 tcp的商议数未会见丢,没有终止完包,下次接收,会持续上次蝉联接受,己端总是在收到ack时才会消除缓冲区内容。数据是十拿九稳的,但是会粘包。

  粘包的一定量种情景:

  1.在发送端发送数据的时刻距离很缺乏,数据本身很小会合到一起发粘包现象。

  2.客户端发送的数比特别跨越了服务端一浅好收到的限定,所以服务端只收了同不怎么部分,服务端下次再度结的上或于缓冲区将上次遗留的数量,产生粘包。大之数报在发送端的缓冲区长度超过网卡的不过可怜传输数据单元,tcp会将数据拆分成几单数据包再发送出。

  如何解决粘包问题?

  客户端每次都拿温馨的长度告诉服务端,这样可以就无粘包。

json 25json 26

#_*_coding:utf-8_*_
import socket,subprocess
ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

s.bind(ip_port)
s.listen(5)

while True:
    conn,addr=s.accept()
    print('客户端',addr)
    while True:
        msg=conn.recv(1024)
        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_length=len(ret)
        conn.send(str(data_length).encode('utf-8'))
        data=conn.recv(1024).decode('utf-8')
        if data == 'recv_ready':
            conn.sendall(ret)
    conn.close()

View Code

json 27json 28

import socket,time
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'))
    length=int(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    s.send('recv_ready'.encode('utf-8'))
    send_size=0
    recv_size=0
    data=b''
    while recv_size < length:
        data+=s.recv(1024)
        recv_size+=len(data)


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

View Code

  这种方法才是均等栽缓解问题之措施,实际上并无见面这样做,程序的周转速度多快为网络传输速度,所以当殡葬一段字节前,先用send去发送该字节约流长,这种措施会推广网络延迟带来的性质损耗。这里用来救助我们再度好的接头粘包的问题。

  于斯基础及,我们好设想以团结的尺寸等信息,写及报头头部,这样接收端拆开报头就能够了解长度,就非会见出粘包的景了。

  我们事先使认识一下struct模块。

  该模块可管一个品类,如数字,转成固定长度的bytes。

json 29

json 30json 31

from socket import *
import subprocess
import struct
ss=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
ss.bind(('127.0.0.1',8082)) 
ss.listen(5)

print('starting...')
while True:
    conn,addr=ss.accept()
    print('-------->',conn,addr)

    while True:
        try:
            cmd=conn.recv(1024)
            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)
            stdout=res.stdout.read()
            stderr=res.stderr.read()

            #先发报头(转成固定长度的bytes类型)
            header = struct.pack('i',len(stdout)+len(stderr))
            conn.send(header)
            #再发送命令的结果
            conn.send(stdout)
            conn.send(stderr)
        except Exception:
            break
    conn.close()
ss.close()

客户端

json 32json 33

from socket import *
import struct
cs=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
cs.connect(('127.0.0.1',8082))

while True:
    cmd=input('>>: ').strip()
    if not cmd:continue

    cs.send(cmd.encode('utf-8'))
    #先收报头
    header_struct=cs.recv(4)
    unpack_res = struct.unpack('i', header_struct)
    total_size=unpack_res[0]

    #再收数据
    recv_size=0 #10241=10240+1
    total_data=b''
    while recv_size < total_size:
        recv_data=cs.recv(1024)
        recv_size+=len(recv_data)
        total_data+=recv_data
    print(total_data.decode('gbk'))
cs.close()

服务端

  struct的i模式:

struct.pack('i',11111111)
#struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围

  struct.pack用于将Python的价值根据格式符,转换为字符串(因为Python中尚无字节(Byte)类型)。它的函数原型为:struct.unpack(fmt,
string)。

  struct.unpack做的干活刚刚和struct.pack相反,用于将字节流转换成python数据类型。它的函数原型为:struct.unpack(fmt,
string),该函数返回一个元组。

json 34json 35

import json,struct
#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)

View Code

  使用于定制报头的法子来化解粘包问题。

json 36json 37

import socket,struct,json
import subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) 
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()


        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()

劳端起定制报头

json 38json 39

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'))

    l=s.recv(4)
    x=struct.unpack('i',l)[0]
    print(type(x),x)
    # print(struct.unpack('I',l))
    r_s=0
    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

客户端起定制报头

  当然我们的报头可以增长更多信息。

  我们拿报头做成字典,字典里富含将要发送的诚实数据的详细信息,然后json序列化,然后用struck将序列化后的数码长度从包改成4个字节(4单温馨足够用了)

  发送时事先发报头长度,再编码报头内容然后发送,最后发真实内容。

  接收时优先拿报头长度,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,从反序列化的结果被取出待取数据的详细信息,然后去取得真实的多少内容。

json 40json 41

from socket import *
import subprocess
import struct
import json
ss = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
ss.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
ss.bind(('127.0.0.1',8082))
ss.listen(5)

print('starting...')
while True : #链接循环
    conn,addr = ss.accept() #链接,客户的的ip和端口组成的元组
    print('-------->',conn,addr)

    #收,发消息
    while True :#通信循环
        try :
            cmd = conn.recv(1024)
            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell = True,
                                   stdout = subprocess.PIPE,
                                   stderr = subprocess.PIPE)
            stdout = res.stdout.read()
            stderr = res.stderr.read()
            #制作报头
            h_dic = {
                'total_size': len(stdout) + len(stderr),
                'filename': None,
                'md5': None}

            h_json = json.dumps(h_dic)
            h_bytes = h_json.encode('utf-8')
            #发送阶段
            #先发报头长度
            conn.send(struct.pack('i',len(h_bytes)))
            #再发报头
            conn.send(h_bytes)

            #最后发送命令的结果
            conn.send(stdout)
            conn.send(stderr)
        except Exception :
            break
    conn.close()
ss.close()

json序列化报头server

json 42json 43

from socket import *
import struct
import json
cs = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #买手机
cs.connect(('127.0.0.1',8082)) #绑定手机卡

#发,收消息
while True :
    cmd = input('>>: ').strip()
    if not cmd : continue

    cs.send(cmd.encode('utf-8'))
    #先收报头的长度
    h_len = struct.unpack('i',cs.recv(4))[0]

    #再收报头
    h_bytes = cs.recv(h_len)
    h_json = h_bytes.decode('utf-8')
    h_dic = json.loads(h_json)
    total_size = h_dic['total_size']

    #最后收数据
    recv_size = 0
    total_data = b''
    while recv_size < total_size :
        recv_data = cs.recv(1024)
        recv_size += len(recv_data)
        total_data += recv_data
    print(total_data.decode('gbk'))
cs.close()

client

 

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