python基础之socket编程

socket是基于（TCP、UDP、IP）的通讯、也叫做套接字

通讯过程由服务端的socket处理信息发送，由客户端的socket处理信息接收。

socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）

socket和file的区别：

file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】

socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

socket通讯有基于TCP和UDP两个通讯的，TCP是需要客户端和服务端相互连接后进行通讯，UDP是不需要相互连接直接由单方面发起的，使用最多的还是TCP

socket通讯过程
socket通讯由服务端和客户端双方完成通讯，服务端启动着等待客户端来连接，客户端从服务端的IP和指定端口进行连接通讯

创建服务端

socket.socket()创建socket对象，有三个可选参数

socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0)

参数一：地址簇

　　socket.AF_INET IPv4（默认）
　　socket.AF_INET6 IPv6

　　socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二：类型

　　socket.SOCK_STREAM　　流式socket , for TCP （默认）
　　socket.SOCK_DGRAM　　 数据报式socket , for UDP

　　socket.SOCK_RAW 原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
　　socket.SOCK_RDM 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
　　socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

参数三：协议

　　0　　（默认）与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ，则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

使用方法：对象变量 = socket.socket()

格式：a = socket.socket()

bind()在服务端设置服务端ip和端口

使用方法：对象变量.bind(元祖类型的服务端IP和端口)

格式：a.bind(('127.0.0.1',9999))

listen()监听IP和端口，设置一个参数，表示最多连接排队数量

使用方法：对象变量.listen(排队数)

格式：a.listen(5)

accept()等待接收客户端的请求，一旦有客户端请求连接，就会返回两个值，一个是连接对象，一个是客户端的地址信息，所以需要两个变量来接收

注意：accept()是阻塞的，意思就是程序执行带这里就是等待状态，在没有客户端请求连接的情况下，下面的代码将不会执行，只有客户端请求连接时下面的代码才会被执行

accept()被客户端连接一次后就会被中断，可以写个while循环让它永远等待客户端连接

使用方法：定义连接变量,定义客户端地址信息变量 = 对象变量.accept()

格式：b, c = a.accept()

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-
"""创建服务端"""
import socket #导入模块
a = socket.socket() #创建socket对象
a.bind(('127.0.0.1', 9999,)) #绑定服务端ip和端口
a.listen(5) #监听IP和端口，设置一个参数，表示最多连接排队数量
while True: #accept()被客户端连接一次后就会被中断，写个while循环让它永远等待客户端连接
    b, c = a.accept() #等待接收客户端的请求，一旦有客户端请求连接，就会返回两个值，一个是连接，一个是客户端的地址信息，所以需要两个变量来接收
    print(b, c) #打印出客户端连接的，连接，和客服端地址信息

 根据以上就创建了一个等待客户端连接的socket服务端

创建客户端

connect()连接服务端，在客户端绑定服务端IP和端口

使用方法：对象变量.socket(元祖类型的服务端IP和端口)

格式：z.connect(('127.0.0.1', 9999,))

close()在客户端关闭连接

使用方法：对象变量.close()

格式：z.close()

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-
"""创建客户端"""
import socket #导入模块
z = socket.socket() #创建socket对象
z.connect(('127.0.0.1', 9999,))#连接服务端，在客户端绑定服务端IP和端口
z.close() #在客户端关闭连接

客户端与服务端进行交互信息

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-
"""创建服务端"""
import socket #导入模块
a = socket.socket(

socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

) #创建socket对象 a.bind(('127.0.0.1', 9999,)) #绑定服务端ip和端口 a.listen(5) #监听IP和端口，设置一个参数，表示最多连接排队数量 while True: #accept()被客户端连接一次后就会被中断，写个while循环让它永远等待客户端连接 b, c = a.accept() #等待接收客户端的请求，一旦有客户端请求连接，就会返回两个值，一个是连接，一个是客户端的地址信息，所以需要两个变量来接收 b.sendall(bytes("你好欢迎你",encoding='utf-8')) #根据accept()接收到客户端连接对象信息，向客户端发送信息 while True: #当客户端连接成功后，进入循环，保持与客户端的通讯 j = b.recv(1024)#接收客户端发来的信息 j2 = str(j, encoding='utf-8') #将接收到的客户端信息转换成字符串 print(j2) if j2 == "q": #判断客户端输入q，表示不再与服务端通讯，跳出循环，不在保持客户端的通讯 break b.sendall(bytes(j2+"好",encoding='utf-8')) #将接收到客户端的信息加上一个好字，在发送给客户端

 客户端与服务端进行交互信息

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-
"""创建服务端"""
import socket #导入模块
a = socket.socket() #创建socket对象
a.bind(('127.0.0.1', 9999,)) #绑定服务端ip和端口
a.listen(5) #监听IP和端口，设置一个参数，表示最多连接排队数量
while True: #accept()被客户端连接一次后就会被中断，写个while循环让它永远等待客户端连接
    b, c = a.accept() #等待接收客户端的请求，一旦有客户端请求连接，就会返回两个值，一个是连接，一个是客户端的地址信息，所以需要两个变量来接收
    b.sendall(bytes("你好欢迎你",encoding='utf-8')) #根据accept()接收到客户端连接对象信息，向客户端发送信息
    while True: #当客户端连接成功后，进入循环，保持与客户端的通讯
        j = b.recv(1024)#接收客户端发来的信息
        j2 = str(j, encoding='utf-8') #将接收到的客户端信息转换成字符串
        print(j2)
        if j2 == "q": #判断客户端输入q，表示不再与服务端通讯，跳出循环，不在保持客户端的通讯
            break
        b.sendall(bytes(j2+"好",encoding='utf-8')) #将接收到客户端的信息加上一个好字，在发送给客户端

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf8 -*-
"""创建客户端"""
import socket #导入模块
z = socket.socket() #创建socket对象
z.connect(('127.0.0.1', 9999,))#连接服务端，在客户端绑定服务端IP和端口
f = z.recv(1024) #客户端接收服务端sendall()发来的信息，1024表示最大接收1024字节
f2 = str(f, encoding='utf-8') #将接收到的服务端字节信息转换成字符串
print(f2) #打印出服务端发来的信息
while True: #当连接服务端成功后进入循环，保持与服务端的通讯
    a = input("请输入信息")
    z.sendall(bytes(a,encoding='utf-8')) #向服务端发送信息
    if a == "q": #判断客户端输入 q表示，不再以服务端通讯跳出循环
        break
    js = z.recv(1024) #接收服务端发来的信息
    js2 = str(js, encoding='utf-8') #将服务端发来的信息转换成字符串
    print(js2)
z.close() #在客户端关闭连接

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

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）

#_*_coding:utf-8_*_
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()

#_*_coding:utf-8_*_
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('feng'.encode('utf-8'))

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） 

#_*_coding:utf-8_*_
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()

#_*_coding:utf-8_*_
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 feng'.encode('utf-8'))

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