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  • python—socket编程

    一:客户端/服务器 架构

    1 1.硬件C/S架构:(例如,打印机)
    2 2.软件C/S架构:互联网中处处是C/S架构
    3                  腾讯作为服务端为你提供视频,你得下个腾讯视频客户端才能看它的视频
    4 
    5 C/S架构与socket的关系:socket就是为完成C/S架构的开发

    二:什么是socket

    socket抽象层是位于应用层与运输层之间的,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。

    三:什么是套接字

    1 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。 
    2 
    3 基于文件类型的套接字家族:
    4 套接字家族的名字:AF_UNIX
    5    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。
    6 
    7 基于网络类型的套接字家族:
    8 套接字家族的名字:AF_INET
    9 (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)。

       tcp套接字工作流程:

    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
    套接字工作流程
    客户端:
    import socket
    
    phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    
    phone.connect(('127.0.0.1',8000))  #拨通电话 ip地址+ 端口号
    
    phone.send('hello'.encode('utf-8'))
    data=phone.recv(1024)
    print('收到的服务端发来的消息是:',data)
    
    服务器端:
    import socket
    
    phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    phone.bind(('127.0.0.1',8000))
    phone.listen(5)
    print("----》")
    conn,addr=phone.accept()  #等电话
    
    msg=conn.recv(1024)  #收消息
    print('客户端发来的消息是:',msg)
    conn.send(msg.upper())  #发消息
    
    conn.close()
    phone.close()
    客户端与服务器端的小例子
     1 服务端套接字函数:
     2 s.bind()    绑定(主机,端口号)到套接字
     3 s.listen()  开始TCP监听
     4 s.accept()  被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来
     5 
     6 客户端套接字函数:
     7 s.connect()     主动初始化TCP服务器连接
     8 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
     9 
    10 公共用途的套接字函数:
    11 s.recv()            接收TCP数据
    12 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)
    13 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)
    14 s.recvfrom()        接收UDP数据
    15 s.sendto()          发送UDP数据
    16 s.getpeername()     连接到当前套接字的远端的地址
    17 s.getsockname()     当前套接字的地址
    18 s.getsockopt()      返回指定套接字的参数
    19 s.setsockopt()      设置指定套接字的参数
    20 s.close()           关闭套接字
    21 
    22 面向锁的套接字方法:
    23 s.setblocking()     设置套接字的阻塞与非阻塞模式
    24 s.settimeout()      设置阻塞套接字操作的超时时间
    25 s.gettimeout()      得到阻塞套接字操作的超时时间
    26 
    27 面向文件的套接字的函数:
    28 s.fileno()          套接字的文件描述符
    29 s.makefile()        创建一个与该套接字相关的文件

    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

    三次握手四次挥手

    客户端,服务端循环收发消息:

     1 服务端:
     2 from socket import *
     3 ip_port=('10.253.69.142',55102)
     4 back_log=5
     5 buffer_size=1024
     6 
     7 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     8 tcp_server.bind(ip_port)
     9 tcp_server.listen(back_log)
    10 
    11 conn,addr=tcp_server.accept()
    12 print('双向链接是',conn)
    13 print('客户端地址是',addr)
    14 
    15 while True:
    16     data=conn.recv(buffer_size)
    17     print('客户端发来的消息是',data.decode('utf-8'))
    18     conn.send(data.upper())
    19 
    20 conn.close()
    21 tcp_server.close()
    22 
    23 客户端:
    24 from socket import *
    25 ip_port=('10.253.69.142',55102)
    26 back_log=5
    27 buffer_size=1024
    28 
    29 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    30 tcp_client.bind(ip_port)
    31 
    32 while True:
    33     msg=input('>>:').strip()
    34     tcp_client.send(msg.encode('utf-8'))
    35     print('客户端已发送消息')
    36     data=tcp_client.recv(buffer_size)
    37     print('收到服务端发来的消息')
    38 
    39 tcp_client.close()

    四:基于UDP的套接字  (udp是无链接的,不管先启动哪一端都可以)

     1 客户端:
     2 from socket import *
     3 ip_port=('172.29.89.106',8080)
     4 buffer_size=1024
     5 
     6 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)  #数据报
     7 
     8 while True:
     9     msg=input('>>:').strip()
    10     udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)  #sendto括号后面必须加ip_port
    11 
    12     data,addr=udp_client.recvfrom(buffer_size)
    13     print(data.decode('utf-8'))
    14 
    15 服务端:
    16 from socket import *
    17 ip_port=('172.29.89.106',8080)
    18 buffer_size=1024
    19 
    20 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)  #数据报
    21 udp_server.bind(ip_port)
    22 
    23 while True:
    24     data,addr=udp_server.recvfrom(buffer_size)
    25     print(data)
    26 
    27     udp_server.sendto(data.upper(),addr)

    时间服务器:

     1 客户端:
     2 from socket import *
     3 ip_port=('172.29.89.106',8080)
     4 buffer_size=1024
     5 
     6 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
     7 
     8 while True:
     9     msg=input('请输入时间格式(%Y %m %d)>>: ').strip()
    10     tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    11 
    12     data=tcp_client.recv(buffer_size)
    13 
    14     print(data.decode('utf-8'))
    15 
    16 tcp_client.close()
    17 
    18 服务端:
    19 from socket import *
    20 from time import strftime
    21 
    22 ip_port = ('172.29.89.106', 8080)
    23 buffer_size = 1024
    24 
    25 tcp_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
    26 tcp_server.bind(ip_port)
    27 
    28 while True:
    29     msg, addr = tcp_server.recvfrom(buffer_size)
    30     print('===>', msg)
    31 
    32     if not msg:
    33         time_fmt = '%Y-%m-%d %X'
    34     else:
    35         time_fmt = msg.decode('utf-8')
    36     back_msg = strftime(time_fmt)
    37 
    38     tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'), addr)
    39 
    40 tcp_server.close()

     五:粘包

           只有tcp会出现粘包的问题,udp不会

          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

    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,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
    4. 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
    5. 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。

     以下两种情况下会发生粘包现象:

    1 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)
     1 服务端:
     2 from socket import *
     3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     4 
     5 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     6 tcp_socket_server.bind(ip_port)
     7 tcp_socket_server.listen(5)
     8 
     9 
    10 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
    11 
    12 data1=conn.recv(10)
    13 data2=conn.recv(10)
    14 
    15 print('----->',data1.decode('utf-8'))
    16 print('----->',data2.decode('utf-8'))
    17 
    18 conn.close()
    19 
    20 客户端:
    21 import socket
    22 BUFSIZE=1024
    23 ip_port=('127.0.0.1',8080)
    24 
    25 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    26 res=s.connect_ex(ip_port)
    27 
    28 s.send('hello'.encode('utf-8'))
    29 s.send('feng'.encode('utf-8'))
    1 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
     1 服务端:
     2 from socket import *
     3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
     4 
     5 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
     6 tcp_socket_server.bind(ip_port)
     7 tcp_socket_server.listen(5)
     8 
     9 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
    10 
    11 data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
    12 data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的
    13 
    14 print('----->',data1.decode('utf-8'))
    15 print('----->',data2.decode('utf-8'))
    16 
    17 conn.close()
    18 
    19 客户端:
    20 import socket
    21 BUFSIZE=1024
    22 ip_port=('127.0.0.1',8080)
    23 
    24 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    25 res=s.connect_ex(ip_port)
    26 
    27 s.send('hello feng'.encode('utf-8'))
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