day29 python 套接字socket TCP udp 形式发送信息的区别

我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

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。 

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

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

       一个生活中的场景。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。

      

                                           图3       

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

socket()模块函数用法

三.网络通信实

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

socket()模块函数用法

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1：用打电话的流程快速描述socket通信2：服务端和客户端加上基于一次链接的循环通信

3：客户端发送空，卡主，证明是从哪个位置卡的
import socket
#先买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  #SOCK_STREAM指的是TCp协议#实例话一个套接字对象
#绑定电话卡
#phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)#就是它在bind前加  没什么用
phone.bind(('127.0.0.1',8081))
phone.listen(5)#  开机  #后边的值是当前最大的连接数量
print('statring....')#   等电话
while True:

　　conn,addr=phone.accept()  #等待传入连接。返回一个新套接字表示客户端的连接和地址。
# IP套接字的地址，信息是一对。
　　print(addr)  #与服务器连接的客户端地址
　　print(conn) #客户端发过来的信息
　　#data=input('回复：')
　　while True:
    　　data=conn.recv(1024)#收发消息，1024最大接受字节数
    　　conn.send(data.upper()) # 将信息返回给客户端，返回的是二进制字节
　　conn.close()  #挂电话
phone.close()  #关机

客户端
import socket
#先买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#打电话
phone.connect(('127.0.0.1',8081))   #要连接的IP 地址
while True:
    #收发消息
    msg=input('请输入').strip()
    phone.send(msg.encode('utf-8'))  #将发送的信息，编码成UTF-8的格式传送给接受者
    data=phone.recv(1024)  #接受服务端的发送过来的信息
    print(data.decode('utf-8')) #将服务端发送的信息（二进制）解码出来

phone.close() #关闭

七 基于TCP的套接字

tcp:流式协议，不能发送空的内容，会产生粘包现象，发送信息过去之后，对端接收到信息后会回复发送端说已经收到信息了，

如果发送过去发信息端没有收到回复，发送端就会继续再次发送那一条信息，直到接收端回复或者几次发送都不回复发送端就会把这条信息丢弃。

数据传送流程，当客户端产生内容后，会将内容存放在OS的内存的缓冲区，  然后从缓冲区将内容发送给接收端的OS缓冲区，接收端从字节的OS缓冲区读取数据

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

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

 重要代码#  如何在循环中打印出shell中的内容，并且将内容返回给客户端

用此方功法可以避免粘包现象

服务端
import socket
import subprocess
import struct
import json
srevice=socket.socket()
srevice.bind(('127.0.0.1',8081))
srevice.listen(5)
print('statring......')
while True:
    conn,addr=srevice.accept()
    while True:
        try:
            data=conn.recv(1024).decode('gbk')#将接收的数据解码成'utf-8'或者'bgk'类型的
                      #因为subprocess.Popen()不支持bytes类型的
            if not data:break  #针对linux        #print(data)
            # 调用模块，执行命令，并且收集命令的执行结果，而不是打印
            obj=subprocess.Popen(data,shell=True,#aa代表的是读取字符串类型的命令
                         #  并且aa必须是utf-8类型的不能是bytesde ，
                         # sell=True代表是打开winds自带的shell命令解释器
                                 stdout=subprocess.PIPE,#存放正确结果的管道
                                 stderr=subprocess.PIPE#存放错误结果的管道
                                 )
            stdout = obj.stdout.read()  # 从管道中读取正确的内容，
            # print(stdout)
            stderr = obj.stderr.read()  # 从管道中读取错误的内容，
            # 1：先制作报头，报头里放：数据大小, md5, 文件
            header_dic={'total_size': len(stderr)+len(stdout),
                      'md5':'xxxxxxxx',
                      'filename':'xxxx'}
            header_json = json.dumps(header_dic)  #先json
            header_bytes = header_json.encode('utf-8')  #再将其写成bytes的格式
            header_size = struct.pack('i', len(header_bytes)) #将报头长度打包成一个4位的bytes类型数据

            conn.send(header_size)#2将长度发送过去
            conn.send(header_bytes)#3发送报头
            conn.send(stdout)  #4将得出的内容发送过去
            conn.send(stderr)
        except ConnectionResetError:#当结束后断开连接
            break
    conn.close()
srevice.close()

        #设置报头，将他包装在要传输的内容里

 客户端

import socket
import struct
import json
#先买手机
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#打电话
phone.connect(('127.0.0.1',8081))
while True:
    #收发消息
    msg=input('请输入').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))  #将发送的信息，编码成UTF-8的格式传送给接受者
    data=phone.recv(4)  #4为接受的最大字节数，接受服务端的发送过来的信息，
    # 设置为4是为了防止报头和内容粘包，现将长度取出来
    heade_dict_size=struct.unpack('i',data)[0]#将长度解包出来，因为他是一个元祖，
    # 且长度放在索引位置的0位上，所以这样
    head_dic=phone.recv(heade_dict_size)  #将字典取出
    head_dic_bytes= head_dic.decode('utf-8') #将bytes合适解码出来
    head_dic_jsonloads=json.loads(head_dic_bytes)#反序列话得出字典

    max_len=head_dic_jsonloads['total_size']  #取出字典中的文件大小
    print(max_len)
    sum=0
    to_print=b''
    while sum<max_len:  #当长度小于返回值的总长度时，在循环中打印收到的内容
        data=phone.recv(1024)  #每次最多接受1024个字节
        to_print+=data  #将每一次的内容字符串加起来，得到最终的字符串
        sum+=len(data)

    print(to_print.decode('gbk')) #将服务端发送的信息（二进制）解码出来

phone.close() #关闭

八 基于UDP的套接字

无连接（TCP是面向连接）

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

udp 是不可靠的1.收到信息后不会给发送端回复信息，

2.如果发送的信息超出接收端设置的最大限度就会将多出来的信息丢弃

UDP可以发送空内容过去，看发送的形式    celice.sendto(msg,('127.0.0.1',8080))     server.recvfrom()

可以看到发送的内容包含信息和发送者的ip 地址和端口信息

常用场景：
聊天
ntp服务
DNS

from socket import *
cilence=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
while True:
    info=input('>>')
    if not info:continue
    cilence.sendto(info.encode("utf-8"),('127.0.0.1',8081))#将内容发送给服务端，
    # 无需在开始绑定接受者的ip，直接传给他就行
    data,addr=cilence.recvfrom(1024) #接收服务器发送的内容
    print(data.decode('utf-8'))
cilence.close()

from socket import *
cilence=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
while True:
    info=input('>>')
    if not info:continue
    cilence.sendto(info.encode("utf-8"),('127.0.0.1',8081))#将内容发送给服务端，
    # 无需在开始绑定接受者的ip，直接传给他就行
    data,addr=cilence.recvfrom(1024) #接收服务器发送的内容
    print(data.decode('utf-8'))
cilence.close()

十 什么是粘包

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何，且听我娓娓道来

首先需要掌握一个socket收发消息的原理

发送端可以是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K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，或说是一个流（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是很不同的。怎样定义消息呢？可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要明白的是当对方send一条信息的时候，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的套接字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，在接收方看了，根本不知道该文件的字节流从何处开始，在何处结束

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。

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，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。

两种情况下会发生粘包。

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） 

 

十二 峰哥解决粘包的方法

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

struct模块 

该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

>>> struct.pack('i',1111111111111)

。。。。。。。。。

struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围

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）

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

请看TCP那边的代码    ↑