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  • Python之网络编程

     一、服务端和客户端

    BS架构 (web网站)

    CS架构 (腾讯通软件:server+client)

     

    C/S架构与socket的关系:

    我们socket就是为了完成C/S架构的开发

    二、OSI七层模型

    互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

    每层运行常见物理设备

    socket入手互联网协议:

    1.首先:目标就是教会你如何基于socket编程,来开发一款自己的C/S架构软件

    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。

    4.最后:开启我们的socket编程

     TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。

    三、socket层

    Socket是介于应用层和传输层之间。

    四、socket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,我们无需深入理解tcp/udp协议,socket已经为我们封装好了,我们只需要遵循socket的规定去编程,写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

    1 将socket说成ip+port,ip是用来标识互联网中的一台主机的位置,而port是用来标识这台机器上的一个应用程序,ip地址是配置到网卡上的,而port是应用程序开启的,ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序
    2 
    3 而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识(Google Chrome会有多个PID)

    五、套接字发展史及分类

    套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。套接字有两种(或者称为有两个种族),分别是基于文件型的和基于网络型的。 

    1、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

    2、基于网络类型的套接字家族

    套接字家族的名字:AF_INET

    (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)

    六、套接字工作流程

          生活中的场景,你要打电话给一个朋友,先拨号,朋友听到电话铃声后提起电话,这时你和你的朋友就建立起了连接,就可以讲话了。等交流结束,挂断电话结束此次交谈。    

    生活中的场景就解释了这工作原理,也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中,这也不一定。

      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。

    1、socket模块发送和接收消息

    示例:模拟发送消息和接收消息的过程

    tcp服务端(server)

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3 
     4  
     5 import socket
     6                              
     7 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  #买手机
     8 phone.bind(('127.0.0.1',8000))  #绑定手机卡   #改成服务端网卡IP地址和端口
     9 phone.listen(5)  #开机  5的作用是最大挂起连接数   #backlog连接池(也叫半链接)
    10 print('------------->')
    11 conn,addr=phone.accept()  #等电话
    12 
    13 msg=conn.recv(1024)  #收消息
    14 print('客户端发来的消息是:',msg)
    15 conn.send(msg.upper())  #发消息
    16 
    17 conn.close()
    18 phone.close()

     执行结果:

    1 ------------->

    tcp客户端(client)

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 import socket
     5 
     6 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
     7 
     8 phone.connect(('127.0.0.1',8000)) #拔通电话   #改成服务端网卡IP地址和端口
     9 
    10 phone.send('hello'.encode('utf-8'))  #发消息
    11 data=phone.recv(1024)
    12 print('收到服务端的发来的消息: ',data)
    13 
    14 phone.close()

    执行结果:

    1 收到服务端的发来的消息:  b'HELLO'

    2、tcp三次握手和四次挥手

    主动断开连接 :FIN_WAIT_1

    被动断开连接: FIN_WAIT_2

    马上断开连接: TIME_WAIT

    3、socket()模块函数用法

     1 import socket
     2 socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
     3 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。
     4 
     5 获取tcp/ip套接字
     6 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
     7 
     8 获取udp/ip套接字
     9 udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    10 
    11 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。
    12 例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

    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

    七、基于TCP的套接字

    tcp语法格式:

    tcp服务端

    1 ss = socket()  #创建服务器套接字
    2 ss.bind()      #把地址绑定到套接字
    3 ss.listen()    #监听链接
    4 inf_loop:      #服务器无限循环
    5     cs = ss.accept()  #接受客户端链接
    6     comm_loop:        #通讯循环
    7         cs.recv()/cs.send()  #对话(接收与发送)
    8     cs.close()    #关闭客户端套接字
    9 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

    1、基于tcp实现:客户端发送空格,服务端也会接收

    示例:

    tcp_server端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3 
     4 from socket import *
     5 
     6 ip_port = ('127.0.0.1', 8080)
     7 back_log = 5
     8 buffer_size = 1024
     9 
    10 tcp_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
    11 tcp_server.bind(ip_port)
    12 tcp_server.listen(back_log)
    13 
    14 print('服务端开始运行了')
    15 conn, addr = tcp_server.accept()  #服务器阻塞
    16 print('双向链接是', conn)
    17 print('客户端地址', addr)
    18 
    19 while True:
    20     data = conn.recv(buffer_size)    #收缓存为空,则阻塞
    21     print('客户端发来的消息是', data.decode('utf-8'))
    22     conn.send(data.upper())
    23 conn.close()
    24 
    25 tcp_server.close()

    tcp_client端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3 
     4 from socket import *
     5 
     6 ip_port = ('127.0.0.1', 8080)
     7 back_log = 5
     8 buffer_size = 1024
     9 
    10 tcp_client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
    11 tcp_client.connect(ip_port)
    12 
    13 while True:
    14     msg = input('>>:')          #发送空格到自己的发送缓存中
    15     # msg=input('>>:').strip()  #去掉空格
    16     tcp_client.send(msg.encode('utf-8'))
    17     print('客户端已经发送消息')
    18     data = tcp_client.recv(buffer_size)  #收缓存为空则阻塞
    19     print('收到服务端发来的消息是', data.decode('utf-8'))
    20 
    21 tcp_client.close()

    执行结果:

     1 server:
     2 服务端开始运行了
     3 双向链接是 <socket.socket fd=304, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8080), raddr=('127.0.0.1', 53365)>
     4 客户端地址 ('127.0.0.1', 53365)
     5 客户端发来的消息是  
     6 
     7 client:
     8 >>: 
     9 客户端已经发送消息
    10 收到服务端发来的消息是
    View Code

    八、基于UDP的套接字

    udp语法格式:

    udp服务端

    1 ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
    2 ss.bind()       #绑定服务器套接字
    3 inf_loop:       #服务器无限循环
    4     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
    5 ss.close()

    udp客户端

    1 cs = socket()   # 创建客户套接字
    2 comm_loop:      # 通讯循环
    3     cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
    4 cs.close()                      # 关闭客户套接字

    1、基于upd实现方法

    示例:

    udp_server端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     6 buffer_size = 1024
     7 
     8 udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)  #数据报套接字
     9 udp_server.bind(ip_port)
    10 
    11 while True:
    12     data,addr=udp_server.recvfrom(buffer_size)
    13     print(data)
    14 
    15     udp_server.sendto(data.upper(),addr)  #upper() 小写变大写

    udp_client端:

     1 from socket import *
     2 ip_port=('127.0.0.1',8080)  #服务端IP+端口
     3 buffer_size = 1024
     4 
     5 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #udp数据报套接字
     6 
     7 while True:
     8     msg=input('>>:').strip()
     9     udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    10     #数据,ip地址+端口
    11     data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)
    12     print(data.decode('utf-8'))

    执行结果:

    先运行udp_server,再运行udp_client。

    服务端返回结果:

    1 b'sfdsfds'  #bytes类型
    2 b'fdsfds'
    3 b'fsdfds'
    4 b'sdfdsf'

    在客户端输入:

    >>:sfdsfds  #在客户端输入
    SFDSFDS     #服务端返回的结果,把客户端输入的字符变大写
    
    >>:fdsfds
    FDSFDS
    
    >>:fsdfds
    FSDFDS

    2、实现ntp时间服务器

    示例:

    udp_server端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3 
     4 #实现ntp时间服务器
     5 import time
     6 from socket import *
     7 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     8 buffer_size = 1024
     9 
    10 udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)  #数据报套接字
    11 udp_server.bind(ip_port)
    12 
    13 while True:
    14     data,addr=udp_server.recvfrom(buffer_size)
    15     print(data)
    16 
    17     if not data:
    18         fmt='%Y-%m-%d %X'   #如果用户没有输入时间,就返回默认格式
    19     else:
    20         fmt=data.decode('utf-8')
    21     back_time=time.strftime(fmt)
    22 
    23     udp_server.sendto(back_time.encode('utf-8'),addr)

    udp_client端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 ip_port=('127.0.0.1',8080)  #服务端IP+端口
     6 buffer_size = 1024
     7 
     8 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #数据报套接字
     9 
    10 while True:
    11     msg=input('>>:').strip()
    12     udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    13 
    14     data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)
    15     print('ntp服务器的标准时间是',data.decode('utf-8'))

    执行结果:

    运行udp_server,再运行udp_client,然后在udp_client里输入:

    1 >>:%Y   #在客户端输入%Y
    2 ntp服务器的标准时间是 2019  #就会返回服务端的时间
    3 >>:%m-%d-%Y
    4 ntp服务器的标准时间是 07-21-2019
    5 >>:

    九、recv与recvfrom的区别

    1、收发原理详解:

    发消息:都是将数据发送到己端的发送缓冲中

    收消息:都是从己端的缓冲区中收

    2、发消息二者类似,收消息确实有区别的?

    tcp协议:send发消息,recv收消息

    (1)如果收消息缓冲区里的数据为空,那么recv就会阻塞

    (2)tcp基于链接通信,如果一端断开了链接,那另外一端的链接也跟着完蛋recv将不会阻塞,收到的是空

     

    udp协议:sendto发消息,recvfrom收消息

    (1)如果如果收消息缓冲区里的数据为“空”,recvfrom不会阻塞

    (2)recvfrom收的数据小于sendinto发送的数据时,数据丢失

    (3)只有sendinto发送数据没有recvfrom收数据,数据丢失

     

    注意:

    1.你单独运行上面的udp的客户端,你发现并不会报错,相反tcp却会报错,因为udp协议只负责把包发出去,对方收不收,我根本不管,而tcp是基于链接的,必须有一个服务端先运行着,客户端去跟服务端建立链接然后依托于链接才能传递消息,任何一方试图把链接摧毁都会导致对方程序的崩溃。

    2.上面的udp程序,你注释任何一条客户端的sendinto,服务端都会卡住,为什么?因为服务端有几个recvfrom就要对应几个sendinto,哪怕是sendinto(b'')那也要有。

    3.总结:

    1.udp的sendinto不用管是否有一个正在运行的服务端,可以己端一个劲的发消息

    2.udp的recvfrom是阻塞的,一个recvfrom(x)必须对一个一个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

    3.tcp的协议数据不会丢,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。

    十、粘包

    须知:只有TCP有粘包现象,UDP永远不会粘包。

    1、socket收发消息的原理

    2、为什么会出现所谓的粘包

    原因: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。

     

    3、tcp会发生粘包的两种情况如下:

    1、发送端多次send间隔较短,并且数据量较小,tcp会通过Nagls算法,封装成一个包,发送到接收端,接收端不知道这个包由几部分组成,所以就会产生粘包。

    2、数据量发送的大,接收端接收的小,再接一次,还会出现上次没有接收完成的数据。就会出现粘包。

     示例1: 发送端多次send间隔较短,并且数据量较小,tcp会通过Nagls算法,封装成一个包,发送到接收端,接收端不知道这个包由几部分组成,所以就会产生粘包。

     server服务端:

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 ip_port=('127.0.0.1',8082)
     6 back_log=5
     7 buffer_size=1024
     8 
     9 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    10 tcp_server.bind(ip_port)
    11 tcp_server.listen(back_log)
    12 
    13 conn,addr=tcp_server.accept()
    14 
    15 data1=conn.recv(buffer_size)  #指定buffer_size ,得到的结果就是通过Nagle算法,随机接收次数。
    16 print('第1次数据',data1)
    17 
    18 data2=conn.recv(buffer_size)
    19 print('第2次数据',data2)
    20 
    21 data3=conn.recv(buffer_size)
    22 print('第3次数据',data3)

    client客户端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 import time
     6 
     7 ip_port=('127.0.0.1',8082)
     8 back_log=5
     9 buffer_size=1024
    10 
    11 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    12 tcp_client.connect(ip_port)
    13 
    14 tcp_client.send('hello'.encode('utf-8'))
    15 tcp_client.send('world'.encode('utf-8'))
    16 tcp_client.send('egon'.encode('utf-8'))
    17 
    18 
    19 time.sleep(1000)

     执行结果:

    1 第1次数据 b'helloworldegon'  #不确定接收次数。

    示例2:指定接收字节数,相当于服务端知道接收长度,就不会出现粘包现象

    粘包服务端

     1 from socket import *
     2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     3 back_log=5
     4 buffer_size=1024
     5 
     6 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     7 tcp_server.bind(ip_port)
     8 tcp_server.listen(back_log)
     9 
    10 conn,addr=tcp_server.accept()
    11 
    12 data1=conn.recv(5)  #指定每次接收字节数,就不会出现粘包现象
    13 print('第一次数据',data1)
    14 
    15 data2=conn.recv(5)
    16 print('第2次数据',data2)
    17 
    18 data3=conn.recv(5)
    19 print('第3次数据',data3)

    粘包客户端

     1 from socket import *
     2 import time
     3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     4 back_log=5
     5 buffer_size=1024
     6 
     7 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     8 tcp_client.connect(ip_port)
     9 
    10 tcp_client.send('hello'.encode('utf-8'))
    11 tcp_client.send('world'.encode('utf-8'))
    12 tcp_client.send('egon'.encode('utf-8'))
    13 
    14 
    15 time.sleep(1000)

    执行结果:

    1 第1次数据 b'hello'   #不会出现粘包现象,发送三次,就接收三次
    2 第2次数据 b'world'
    3 第3次数据 b'egon'

    示例3:数据量发送的大,接收端接收的小,再接一次,还会出现上次没有接收完成的数据。就会出现粘包。

    粘包服务端

     1 from socket import *
     2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     3 back_log=5
     4 buffer_size=1024
     5 
     6 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     7 tcp_server.bind(ip_port)
     8 tcp_server.listen(back_log)
     9 
    10 conn,addr=tcp_server.accept()
    11 
    12 data1=conn.recv(1)
    13 print('第1次数据',data1)
    14 
    15 # data2=conn.recv(5)
    16 # print('第2次数据',data2)
    17 #
    18 # data3=conn.recv(1)
    19 # print('第3次数据',data3)

     粘包客户端

     1 from socket import *
     2 import time
     3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     4 back_log=5
     5 buffer_size=1024  #接收的数据只有1024
     6 
     7 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     8 tcp_client.connect(ip_port)
     9 
    10 tcp_client.send('helloworldegon'.encode('utf-8'))
    11 
    12 time.sleep(1000)

    执行结果: 

    1 第1次数据 b'h'
    2 第2次数据 b'ellow'  #发送的数据过大,接收的数据设置的较小,就会出现导致粘包 
    3 第3次数据 b'o'

    4、udp永远不会粘包

    udp不粘包服务端

     1 from socket import *
     2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     3 buffer_size=1024
     4 
     5 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #数据报
     6 udp_server.bind(ip_port)
     7 
     8 data1=udp_server.recvfrom(10)
     9 print('第1次',data1)
    10 
    11 data2=udp_server.recvfrom(10)
    12 print('第2次',data2)
    13 
    14 
    15 data3=udp_server.recvfrom(10)
    16 print('第3次',data3)
    17 
    18 data4=udp_server.recvfrom(2)
    19 print('第4次',data4)

    udp不粘包客户端

    1 from socket import *
    2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
    3 buffer_size=1024
    4 
    5 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #udp叫数据报
    6 
    7 udp_client.sendto(b'hello',ip_port)
    8 udp_client.sendto(b'world',ip_port)
    9 udp_client.sendto(b'egon',ip_port)

     执行结果:

    1 第1次 (b'hello', ('127.0.0.1', 57813))  #udp没有Nagle优化算法
    2 第2次 (b'world', ('127.0.0.1', 57813))  #每次都是一次独立的包,所以不会出现粘包现象
    3 第3次 (b'egon', ('127.0.0.1', 57813))

    补充知识:

    1、tcp是可靠传输

      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。

     

    2、udp是不可靠传输

       udp发送数据,对端是不会返回确认信息的,因此不可靠。

    十一、解决粘包的办法

    法一:比较(LOW)版本

    low_socket_server服务端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 #low版解决粘包版本服务端
     5 from socket import *
     6 import subprocess
     7 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     8 back_log=5
     9 buffer_size=1024
    10 
    11 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    12 tcp_server.bind(ip_port)
    13 tcp_server.listen(back_log)
    14 
    15 while True:
    16     conn,addr=tcp_server.accept()
    17     print('新的客户端链接',addr)
    18     while True:
    19         #收消息
    20         try:
    21             cmd=conn.recv(buffer_size)
    22             if not cmd:break
    23             print('收到客户端的命令',cmd)
    24 
    25             #执行命令,得到命令的运行结果cmd_res
    26             res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
    27                                  stderr=subprocess.PIPE,
    28                                  stdout=subprocess.PIPE,
    29                                  stdin=subprocess.PIPE)
    30             err=res.stderr.read()
    31             if err:
    32                 cmd_res=err
    33             else:
    34                 cmd_res=res.stdout.read()
    35 
    36             #发送消息
    37             if not cmd_res:
    38                 cmd_res='执行成功'.encode('gbk')
    39 
    40             length=len(cmd_res)  #计算长度
    41             conn.send(str(length).encode('utf-8')) #把长度发给客户端
    42             client_ready=conn.recv(buffer_size)    #卡着一个recv
    43             if client_ready == b'ready':  #如果收到客户端的ready消息,就说明准备好了。
    44                 conn.send(cmd_res)        #就可以send给客户端发送消息啦!
    45         except Exception as e:
    46             print(e)
    47             break

    low_socket_client客户端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 #low版解决粘包版客户端
     5 from socket import *
     6 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     7 back_log=5
     8 buffer_size=1024
     9 
    10 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    11 tcp_client.connect(ip_port)
    12 
    13 while True:
    14     cmd=input('>>: ').strip()
    15     if not cmd:continue
    16     if cmd == 'quit':break
    17 
    18     tcp_client.send(cmd.encode('utf-8'))
    19 
    20 
    21     #解决粘包
    22     length=tcp_client.recv(buffer_size)  #接收发送过来的长度(1024*8=8192,2**8192=可以接收的长度)
    23     tcp_client.send(b'ready')   #客户端再send给服务端,告诉服务端我准备好啦!
    24 
    25     length=int(length.decode('utf-8'))  #先解码,转成字符串的长度
    26     #解决思路:就是提前发一个头过去,告诉客户端需要接收的长度(分两步:1、发送发度 2、再次发送数据)
    27     recv_size=0   #接收的尺寸
    28     recv_msg=b''  #最后要拼接起来
    29     while recv_size < length:  #要收多大?,要先判断接收的尺寸<length
    30         recv_msg += tcp_client.recv(buffer_size)  #接收到的数据,拼接buffer_size,
    31         recv_size=len(recv_msg) #1024  #衡量自己接收了多少数据,有没有收完(统计recv_msg的长度)
    32 
    33 
    34     print('命令的执行结果是 ',recv_msg.decode('gbk'))
    35 tcp_client.close()

    总结:

    (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。

     

    法二:节省网络传输版本(牛逼版本)

      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,然后再取真实数据。

    示例:(没实现多客户端并发)

     tcp_socket_server服务端:

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 import subprocess
     6 import struct
     7 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     8 back_log=5
     9 buffer_size=1024
    10 
    11 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    12 tcp_server.bind(ip_port)
    13 tcp_server.listen(back_log)
    14 
    15 while True:
    16     conn,addr=tcp_server.accept()
    17     print('新的客户端链接',addr)
    18     while True:
    19         #
    20         try:
    21             cmd=conn.recv(buffer_size)
    22             if not cmd:break
    23             print('收到客户端的命令',cmd)
    24 
    25             #执行命令,得到命令的运行结果cmd_res
    26             res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
    27                                  stderr=subprocess.PIPE,
    28                                  stdout=subprocess.PIPE,
    29                                  stdin=subprocess.PIPE)
    30             err=res.stderr.read()
    31             if err:
    32                 cmd_res=err
    33             else:
    34                 cmd_res=res.stdout.read()
    35 
    36             #
    37             if not cmd_res:
    38                 cmd_res='执行成功'.encode('gbk')
    39 
    40             length=len(cmd_res)
    41 
    42             data_length=struct.pack('i',length)
    43             conn.send(data_length)
    44             conn.send(cmd_res)
    45         except Exception as e:
    46             print(e)
    47             break

     tcp_socket_client客户端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 import struct
     6 from functools import partial
     7 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     8 back_log=5
     9 buffer_size=1024
    10 
    11 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    12 tcp_client.connect(ip_port)
    13 
    14 while True:
    15     cmd=input('>>: ').strip()
    16     if not cmd:continue
    17     if cmd == 'quit':break
    18 
    19     tcp_client.send(cmd.encode('utf-8'))
    20 
    21 
    22     #解决粘包
    23     length_data=tcp_client.recv(4)
    24     length=struct.unpack('i',length_data)[0]
    25 
    26     recv_size=0
    27     recv_data=b''
    28     while recv_size < length:
    29         recv_data+=tcp_client.recv(buffer_size)
    30         recv_size=len(recv_data)
    31     print('命令的执行结果是 ',recv_data.decode('gbk'))
    32 tcp_client.close()

    十二、用到的相关模块知识回顾

     1、subprocess模块

    subprocess 作用:启动一个新的进程并与之通信

     语法:

    subprocess.Popen(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)

     参数:

    Popen类:    用Popen来创建进程,并与进程进行复杂的交互
    shell=True:  指定的命令行会通过shell来执行
    stdin :   标准输入
    stdout : 标准输出
    stderr :  标准错误的文件句柄
    PIPE :    管道 ,默认值 为: None, 表示不做重定向,管道可以用来接收数据。

     示例1:执行dir命令,就会交给shell解释器执行  操作

     1 import subprocess  #导入模块
     2 
     3 命令:
     4 >>> subprocess.Popen("dir", shell=True)    #执行dir命令,交给shell解释器执行

     示例2:subprocess 把标准输出放入管道中,屏幕上就不会输出内容

     1 
     2 res=subprocess.Popen("dir", shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)   #执行dir命令,交给shell解释器执行,通过标准类型和subprocess.PIPE放入管道中。
     3 
     4 >>> res.stdout.read()  #读取管道里面的数据,在程序中,读取也不会输出到屏幕上。

    如果再读一次内容就会空了

    示例3:subprocess 执行一个系统没有的命令,就会产生正常的输出

    1 #执行一个系统没有的命令,就会产生正常的输出
    2 
    3 >>> res=subprocess.Popen("sfsfdsfdsfs", shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
    res.stdout.read()  没内容
    res.stderr.read() 有内容

    2、struct模块

    struct模块作用:解决bytes和其他二进制数据类型的转换

    示例用法:
    struct.pack('i',12)

    struct.unpack('i',l)

    参数说明:

    pack函数作用:把任意数据类型变成bytes

    十三、socket 实现并发

    SocketServer是基于socket写成的一个更强大的模块。

    SocketServer简化了网络服务器的编写。它有4个类:TCPServer,UDPServer,UnixStreamServer,UnixDatagramServer。这4个类是同步进行处理的,另外通过ForkingMixIn和ThreadingMixIn类来支持异步。

     

    在python3中该模块是socketserver

    在python2中该模块是Socketserver

    1 分情况导入导入模块
    2 try:
    3     import socketserver      #Python 3
    4 except ImportError:
    5     import SocketServer      #Python 2

    服务器

      服务器要使用处理程序,必须将其出入到服务器对象,定义了5个基本的服务器类型(就是“类”)。BaseServer,TCPServer,UnixStreamServer,UDPServer,UnixDatagramServer。注意:BaseServer不直接对外服务。

    关系如下:

     服务器:

      要使用处理程序,必须将其传入到服务器的对象,定义了四个基本的服务器类。

    (1)TCPServer(address,handler)   支持使用IPv4的TCP协议的服务器,address是一个(host,port)元组。Handler是BaseRequestHandler或StreamRequestHandler类的子类的实例。

    (2)UDPServer(address,handler)   支持使用IPv4的UDP协议的服务器,address和handler与TCPServer中类似。

    (3)UnixStreamServer(address,handler)   使用UNIX域套接字实现面向数据流协议的服务器,继承自TCPServer。

    (4)UnixDatagramServer(address,handler)  使用UNIX域套接字实现数据报协议的服务器,继承自UDPServer。

    这四个类的实例都有以下方法。

    1、s.socket   用于传入请求的套接字对象。

    2、s.sever_address  监听服务器的地址。如元组("127.0.0.1",80)

    3、s.RequestHandlerClass   传递给服务器构造函数并由用户提供的请求处理程序类。

    4、s.serve_forever()  处理无限的请求  #无限处理client连接请求

    5、s.shutdown()   停止serve_forever()循环

     

    SocketServer模块中主要的有以下几个类:

    1、BaseServer    包含服务器的核心功能与混合类(mix-in)的钩子功能。这个类主要用于派生,不要直接生成这个类的类对象,可以考虑使用TCPServer和UDPServer类。

    2、TCPServer     基本的网络同步TCP服务器

    3、UDPServer     基本的网络同步UDP服务器

    4、ForkingTCPServer      是ForkingMixIn与TCPServer的组合

    5、ForkingUDPServer    是ForkingMixIn与UDPServer的组合

    6、ThreadingUDPServer  是ThreadingMixIn和UDPserver的组合

    7、ThreadingTCPServer   是ThreadingMixIn和TCPserver的组合

    8、BaseRequestHandler   必须创建一个请求处理类,它是BaseRequestHandler的子类并重载其handle()方法。

    9、StreamRequestHandler        实现TCP请求处理类的

    10、DatagramRequestHandler  实现UDP请求处理类的

    11、ThreadingMixIn  实现了核心的线程化功能,用于与服务器类进行混合(mix-in),以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。

    12、ForkingMixIn     实现了核心的进程化功能,用于与服务器类进行混合(mix-in),以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。

     关系图如下:

    创建服务器的步骤:

    1:首先必须创建一个请求处理类

    2:它是BaseRequestHandler的子类

    3:该请求处理类是BaseRequestHandler的子类并重新写其handle()方法

     

    实例化  请求处理类传入服务器地址和请求处理程序类

    最后实例化调用serve_forever()  #无限处理client请求

     

    记住一个原则:对tcp来说:self.request=conn

    实例:

    1、tcp_socket_server服务端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3 
     4 #服务端已经实现并发,处理客户端请求
     5 
     6 import socketserver
     7 
     8 class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):   #基本的通信循环
     9     def handle(self):
    10         print('conn is: ',self.request)  #与client的链接请求信息
    11         print('addr is: ',self.client_address)  #获取client的地址和端口号
    12         #通信循环
    13         while True:
    14             #收消息
    15             data=self.request.recv(1024)
    16             print('收到客户端的消息是',data)
    17 
    18             #发消息
    19             self.request.sendall(data.upper())
    20 
    21 if __name__ == '__main__':
    22     s=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8000),MyServer) #开启多线程,绑定地址,和处理通信的类
    23     s.serve_forever() #连接循环

    tcp_socket_client客户端

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 ip_port=('127.0.0.1',8000)
     6 back_log=5
     7 buffer_size=1024
     8 
     9 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    10 tcp_client.connect(ip_port)
    11 
    12 while True:
    13     msg=input('>>: ').strip()
    14     if not msg:continue
    15     if msg == 'quit':break
    16 
    17     tcp_client.send(msg.encode('utf-8'))
    18 
    19     data=tcp_client.recv(buffer_size)
    20     print('收到服务端发来的消息: ',data.decode('utf-8'))
    21 
    22 tcp_client.close()

    执行结果:

    开启一个服务端程序,再开多个客户端,向服务器发送命令:

     1 #客户端1
     2 >>: hello   #输入要发送的消息
     3 收到服务端发来的消息:  HELLO
     4 
     5 #客户端2
     6 >>: word
     7 收到服务端发来的消息:  WORD
     8 
     9 #服务端
    10 conn is:  <socket.socket fd=412, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8000), raddr=('127.0.0.1', 62813)>
    11 addr is:  ('127.0.0.1', 62813)
    12 收到客户端的消息是 b'hello'  #客户端收到的消息
    13 
    14 conn is:  <socket.socket fd=256, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8000), raddr=('127.0.0.1', 62816)>
    15 addr is:  ('127.0.0.1', 62816)
    16 收到客户端的消息是 b'word'
    View Code

    2、udp实现并发

    记住一个原则:对udp来说:self.request=(client_data_bytes,udp的套接字对象)

    udp_socket_server服务端:

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 import socketserver
     5 
     6 class MyServer(socketserver.BaseRequestHandler):
     7     def handle(self):
     8         print(self.request)
     9         print('收到客户端的消息是',self.request[0])
    10         self.request[1].sendto(self.request[0].upper(),self.client_address) #发送的是第1个消息,第2个地址
    11 
    12 
    13 if __name__ == '__main__':
    14     s=socketserver.ThreadingUDPServer(('127.0.0.1',8080),MyServer) #多线程
    15     s.serve_forever()

    udp_socket_client客户端:

     1 #!/usr/bin/env python
     2 # -*- coding:utf-8 -*-      
     3  
     4 from socket import *
     5 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     6 buffer_size=1024
     7 
     8 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) #数据报
     9 
    10 while True:
    11     msg=input('>>: ').strip()
    12     udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    13 
    14     data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)
    15     # print(data.decode('utf-8'))
    16     print(data)

    执行结果:

    先启动服务端,再开多个客户端,向服务端发送消息。

     1 #客户端
     2 >>: welcome  #输入要发送的消息
     3 b'WELCOME'
     4 
     5 >>: hello
     6 b'HELLO'
     7 >>: 
     8 
     9 #服务端
    10 (b'welcome', <socket.socket fd=388, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8080)>)
    11 收到客户端的消息是 b'welcome'   #服务端接收到的消息
    12 
    13 (b'hello', <socket.socket fd=388, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8080)>)
    14 收到客户端的消息是 b'hello'
    View Code
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