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【Python3之socket编程】

一、socket的定义

  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。

补充:也有人将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,而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识

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二、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)

 

三、套接字的工作流程

    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套接字的工作原理

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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。

 

四、socket函数使用

  • socket函数用法
import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
#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。

#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)

#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。
#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

 

  • 面向文件的套接字方法
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

 

打电话的流程演示

服务端.py

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.bind((127.0.0.1,8080)) #插电话卡

phone.listen(5) #开机,backlog

print(starting....)
conn,addr=phone.accept() #接电话
print(conn)
print(client addr,addr)
print(ready to read msg)
client_msg=conn.recv(1024) #收消息
print(client msg: %s %client_msg)
conn.send(client_msg.upper()) #发消息

conn.close()
phone.close()

 

客户端.py

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect((127.0.0.1,8080)) #拨通电话

phone.send(hello.encode(utf-8)) #发消息

back_msg=phone.recv(1024)
print(back_msg)

phone.close()

 

输出

服务端:

starting....
<socket.socket fd=4, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=(127.0.0.1, 8080), raddr=(127.0.0.1, 65142)>
client addr (127.0.0.1, 65142)
ready to read msg
client msg: bhello

客户端

bHELLO

 

五、基于TCP的套接字

  • tcp服务端 
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(可选)
  • tcp客户端
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

socket通信流程与打电话流程类似,我们就以打电话为例来实现一个low版的套接字通信

服务端

import socket
ip_port=(127.0.0.1,9000)  #电话卡
BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
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


conn,addr=s.accept()            #手机接电话
# print(conn)
# print(addr)
print(接到来自%s的电话 %addr[0])

msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
print(msg,type(msg))

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

conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

客户端

import socket
ip_port=(127.0.0.1,9000)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect_ex(ip_port)           #拨电话

s.send(nitouxiang nb.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

 

输出

服务端

接到来自127.0.0.1的电话
bnitouxiang nb <class bytes>

客户端

NITOUXIANG NB

 

上述流程的问题是,服务端只能接受一次链接,然后就彻底关闭掉了,实际情况应该是,服务端不断接受链接,然后循环通信,通信完毕后只关闭链接,服务器能够继续接收下一次链接,下面是修改版

 服务端

import socket
ip_port = (127.0.0.1,8081)    #电话卡
BUFSIZE=1024
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

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

客户端

import socket
ip_port=(127.0.0.1,8081)
BUFSIZE=1024
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

 

补充:

在重启服务端时可能会遇到

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这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址(如果不懂,请深入研究1.tcp三次握手,四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法)

解决办法

方法一

#加入一条socket配置,重用ip和端口

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))

方法二

发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接,通过调整linux内核参数解决,
vi /etc/sysctl.conf

编辑文件,加入以下内容:
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 
然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
 
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时,启用cookies来处理,可防范少量SYN攻击,默认为0,表示关闭;

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接,默认为0,表示关闭;

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收,默认为0,表示关闭。

net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间

 

六、基于UDP的套接字

  • udp服务端
ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
ss.bind()       #绑定服务器套接字
inf_loop:       #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
  • udp客户端
cs = socket()   # 创建客户套接字
comm_loop:      # 通讯循环
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
cs.close()                      # 关闭客户套接字

示例

服务端

import socket
ip_port=(127.0.0.1,9000)
BUFSIZE=1024
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(BUFSIZE)
    print(msg,addr)

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

客户端

import socket
ip_port=(127.0.0.1,9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

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

    udp_server_client.sendto(msg.encode(utf-8),ip_port)

    back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(back_msg.decode(utf-8),addr)

输出

客户端

>>: 123
123 (127.0.0.1, 9000)
>>: 3
3 (127.0.0.1, 9000)
>>: 4
4 (127.0.0.1, 9000)

服务端

b123 (127.0.0.1, 53066)
b3 (127.0.0.1, 53066)
b4 (127.0.0.1, 53066)

 

模拟QQ聊天,多个客户端和服务端通信

服务端

import socket
ip_port=(127.0.0.1,8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机
udp_server_sock.bind(ip_port)

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
    print(来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode(utf-8)))
    back_msg=input(回复消息: ).strip()

    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode(utf-8),addr)

客户端1

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    TOM:(127.0.0.1,8081),
    JACK:(127.0.0.1,8081),
    一棵树:(127.0.0.1,8081),
    武大郎:(127.0.0.1,8081),
}


while True:
    qq_name=input(请选择聊天对象: ).strip()
    while True:
        msg=input(请输入消息,回车发送: ).strip()
        if msg == quit:break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode(utf-8),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print(来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m %(addr[0],addr[1],back_msg.decode(utf-8)))

udp_client_socket.close()

客户端2

import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    TOM:(127.0.0.1,8081),
    JACK:(127.0.0.1,8081),
    一棵树:(127.0.0.1,8081),
    武大郎:(127.0.0.1,8081),
}


while True:
    qq_name=input(请选择聊天对象: ).strip()
    while True:
        msg=input(请输入消息,回车发送: ).strip()
        if msg == quit:break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode(utf-8),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print(来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m %(addr[0],addr[1],back_msg.decode(utf-8)))

udp_client_socket.close()

 

输出

客户端1

请选择聊天对象: JACK
请输入消息,回车发送: 约不
来自[127.0.0.1:8081]的一条消息:不约
请输入消息,回车发送: 

客户端2

请选择聊天对象: TOM
请输入消息,回车发送: 123
来自[127.0.0.1:8081]的一条消息:321
请输入消息,回车发送: 

服务端

来自[127.0.0.1:62851]的一条消息:123
回复消息: 321
来自[127.0.0.1:60378]的一条消息:约不
回复消息: 不约

 

七、recv与recvfrom

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。

  • tcp:send发消息,recv收消息
  • udp:sendto发消息,recvfrom收消息

 1.send与sendinto

tcp是基于数据流的,而udp是基于数据报的:

  • send(bytes_data):发送数据流,数据流bytes_data若为空,自己这段的缓冲区也为空,操作系统不会控制tcp协议发空包
  • sendinto(bytes_data,ip_port):发送数据报,bytes_data为空,还有ip_port,所有即便是发送空的bytes_data,数据报其实也不是空的,自己这端的缓冲区收到内容,操作系统就会控制udp协议发包。

 

2.recv与recvfrom

tcp协议:

(1)如果收消息缓冲区里的数据为空,那么recv就会阻塞(阻塞很简单,就是一直在等着收)

(2)只不过tcp协议的客户端send一个空数据就是真的空数据,客户端即使有无穷个send空,也跟没有一个样。

(3)tcp基于链接通信

  • 基于链接,则需要listen(backlog),指定半连接池的大小
  • 基于链接,必须先运行的服务端,然后客户端发起链接请求
  • 对于mac系统: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(解决方法是:服务端在收消息后加上if判断,空消息就break掉通信循环)
  • 对于windows/linux系统: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(解决方法是:服务端通信循环内加异常处理,捕捉到异常后就break掉通讯循环)

 

udp协议

(1)如果如果收消息缓冲区里的数据为“空”,recvfrom也会阻塞

(2)只不过udp协议的客户端sendinto一个空数据并不是真的空数据(包含:空数据+地址信息,得到的报仍然不会为空),所以客户端只要有一个sendinto(不管是否发送空数据,都不是真的空数据),服务端就可以recvfrom到数据。

(3)udp无链接

  • 无链接,因而无需listen(backlog),更加没有什么连接池之说了
  • 无链接,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,只不过数据丢失
  • recvfrom收的数据小于sendinto发送的数据时,在mac和linux系统上数据直接丢失,在windows系统上发送的比接收的大直接报错
  • 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。

 

基于tcp先制作一个远程执行命令的程序(1:执行错误命令 2:执行ls 3:执行ifconfig)

客户端

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)

while True:
    msg=input(>>: ).strip()
    if len(msg) == 0:continue
    if msg == quit:break

    s.send(msg.encode(utf-8))
    act_res=s.recv(BUFSIZE)

    print(act_res.decode(utf-8),end=‘‘)

服务端

from socket import *
import subprocess

ip_port=(127.0.0.1,8080)
BUFSIZE=1024

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)

while True:
    conn,addr=tcp_socket_server.accept()
    print(客户端,addr)

    while True:
        cmd=conn.recv(BUFSIZE)
        if len(cmd) == 0:break

        res=subprocess.Popen(cmd.decode(utf-8),shell=True,
                         stdout=subprocess.PIPE,
                         stdin=subprocess.PIPE,
                         stderr=subprocess.PIPE)

        stderr=res.stderr.read()
        stdout=res.stdout.read()
        conn.send(stderr)
        conn.send(stdout)

 

输出

客户端

>>: ls
1.py
客户端.py
客户端1.py
客户端2.py
服务端.py
>>: ifconfig en0
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    ether 78:4f:43:5b:a5:4c 
    inet6 fe80::d0:d821:dbf0:3d67%en0 prefixlen 64 secured scopeid 0x5 
    inet 192.168.31.165 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.31.255
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
    media: autoselect
    status: active
>>: ifconfig
lo0: flags=8049<UP,LOOPBACK,RUNNING,MULTICAST> mtu 16384
    options=1203<RXCSUM,TXCSUM,TXSTATUS,SW_TIMESTAMP>
    inet 127.0.0.1 netmask 0xff000000 
    inet6 ::1 prefixlen 128 
    inet6 fe80::1%lo0 prefixlen 64 scopeid 0x1 
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
gif0: flags=8010<POINTOPOINT,MULTICAST> mtu 1280
stf0: flags=0<> mtu 1280
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    ether 78:4f:43:5b:a5:4c 
    inet6 fe80::d0:d821:dbf0:3d67%en0 prefixlen 64 secured scopeid 0x5 
    inet 192.168.31.165 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.31.255
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
    media: autoselect
    status: active
en1: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500
    options=60<TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:00 
    media: autoselect <full-duplex>
    status: inactive
en3: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500
    options=60<TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:01 
    media: autoselect <full-duplex>
    status: inactive
en2: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500>>: 
>>: 

服务端

客户端 (127.0.0.1, 58194)

上述程序是基于tcp的socket,在运行时会发生粘包

 

服务端

from socket import *
import subprocess

ip_port=(127.0.0.1,9003)
bufsize=1024

udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    #收消息
    cmd,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
    print(用户命令----->,cmd)

    #逻辑处理
    res=subprocess.Popen(cmd.decode(utf-8),shell=True,stderr=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE)
    stderr=res.stderr.read()
    stdout=res.stdout.read()

    #发消息
    udp_server.sendto(stderr,addr)
    udp_server.sendto(stdout,addr)
udp_server.close()

客户端

from socket import *
ip_port=(127.0.0.1,9003)
bufsize=1024

udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)


while True:
    msg=input(>>: ).strip()
    udp_client.sendto(msg.encode(utf-8),ip_port)

    data,addr=udp_client.recvfrom(bufsize)
    print(data.decode(utf-8),end=‘‘)

上述程序是基于udp的socket,在运行时永远不会发生粘包

 

注意注意注意:

res=subprocess.Popen(cmd.decode(‘utf-8‘),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)

的结果的编码是以当前所在的系统为准的,如果是windows,那么res.stdout.read()读出的就是GBK编码的,在接收端需要用GBK解码且只能从管道里读一次结果

 

八、粘包

1.什么是粘包

粘包:发送方发送两个字符串”hello”+”world”,接收方却一次性接收到了”helloworld”。

只有TCP有粘包现象,UDP永远不会粘包。

 

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。

 

补充:

分包:发送方发送字符串”helloworld”,接收方却接收到了两个字符串”hello”和”world”。

TCP是以段(Segment)为单位发送数据的,建立TCP链接后,有一个最大消息长度(MSS)。如果应用层数据包超过MSS,就会把应用层数据包拆分,分成两个段来发送。这个时候接收端的应用层就要拼接这两个TCP包,才能正确处理数据。

补充:

一个socket收发消息的原理

技术分享

 

2.粘包如何产生

TCP为了提高网络的利用率,会使用一个叫做Nagle的算法。该算法是指,发送端即使有要发送的数据,如果很少的话,会延迟发送。如果应用层给TCP传送数据很快的话,就会把两个应用层数据包“粘”在一起,TCP最后只发一个TCP数据包给接收端。

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)

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from socket import *
ip_port=(127.0.0.1,8085)

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()
服务端
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import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=(127.0.0.1,8085)

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))
客户端

输出

服务端

-----> hellofeng    #出现粘包现象
-----> 

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)

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from socket import *
ip_port=(127.0.0.1,8089)

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()
服务端
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import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=(127.0.0.1,8089)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)


s.send(hello feng.encode(utf-8))
客户端

输出

-----> he
-----> llo feng

补充:

recv里指定的1024意思是从缓存里一次拿出1024个字节的数据

send的字节流是先放入己端缓存,然后由协议控制将缓存内容发往对端,如果待发送的字节流大小大于缓存剩余空间,那么数据丢失,用sendall就会循环调用send,数据不会丢失

 

3.如何解决粘包问题

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

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)

 

示例:

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

 

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import socket
import subprocess
import struct
import json
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind((127.0.0.1,8082)) #插电话卡
phone.listen(5) #开机,backlog
while True:
    print(starting....)
    conn,addr=phone.accept()
    print(cliet addr,addr)
    while True:
        try:
            cmd=conn.recv(1024)
            if not cmd:break
            res=subprocess.Popen(cmd.decode(utf-8),shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE)
            err=res.stderr.read()
            if err:
                cmd_res=err
            else:
                cmd_res=res.stdout.read()

            # conn.send(struct.pack(‘i‘,len(cmd_res))) #先报报头
            head_dic={filename:None,hash:None,total_size:len(cmd_res)}
            head_json=json.dumps(head_dic)
            head_bytes=head_json.encode(utf-8)

            #先发送报头的长度
            conn.send(struct.pack(i,len(head_bytes)))

            #再发送报头的bytes
            conn.send(head_bytes)

            #最后发送真实的数据
            conn.send(cmd_res)

        except Exception:
            break
    conn.close()
phone.close()
服务端
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import socket
import struct
import json
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect((127.0.0.1,8082)) #拨通电话

while True: #通信循环
    cmd=input(>>: ).strip()
    if not cmd:continue #防止客户端发空
    phone.send(cmd.encode(utf-8)) #发消息

    #先收报头的长度
    head_struct=phone.recv(4)
    head_len=struct.unpack(i,head_struct)[0]

    #再收报头的bytes
    head_bytes=phone.recv(head_len)
    head_json=head_bytes.decode(utf-8)
    head_dic=json.loads(head_json)

    #最后根据报头里的详细信息取真实的数据
    print(head_dic)
    total_size=head_dic[total_size]
    recv_size=0
    data=b‘‘
    while recv_size < total_size: #10240 +1
        recv_data=http://www.mamicode.com/phone.recv(1024)
        data+=recv_data
        recv_size+=len(recv_data)
    print(data.decode(utf-8))
phone.close()
客户端

输出

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>>: ls
{total_size: 69, hash: None, filename: None}
1.py
c.py
s.py
客户端.py
客户端1.py
客户端2.py
服务端.py

>>: ifconfig
{total_size: 2990, hash: None, filename: None}
lo0: flags=8049<UP,LOOPBACK,RUNNING,MULTICAST> mtu 16384
    options=1203<RXCSUM,TXCSUM,TXSTATUS,SW_TIMESTAMP>
    inet 127.0.0.1 netmask 0xff000000 
    inet6 ::1 prefixlen 128 
    inet6 fe80::1%lo0 prefixlen 64 scopeid 0x1 
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
gif0: flags=8010<POINTOPOINT,MULTICAST> mtu 1280
stf0: flags=0<> mtu 1280
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    ether 78:4f:43:5b:a5:4c 
    inet6 fe80::d0:d821:dbf0:3d67%en0 prefixlen 64 secured scopeid 0x5 
    inet 192.168.31.165 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.31.255
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
    media: autoselect
    status: active
en1: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500
    options=60<TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:00 
    media: autoselect <full-duplex>
    status: inactive
en3: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500
    options=60<TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:01 
    media: autoselect <full-duplex>
    status: inactive
en2: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500
    options=60<TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:04 
    media: autoselect <full-duplex>
    status: inactive
en4: flags=963<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX> mtu 1500
    options=60<TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:05 
    media: autoselect <full-duplex>
    status: inactive
bridge0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    options=63<RXCSUM,TXCSUM,TSO4,TSO6>
    ether e2:00:ec:98:eb:00 
    Configuration:
        id 0:0:0:0:0:0 priority 0 hellotime 0 fwddelay 0
        maxage 0 holdcnt 0 proto stp maxaddr 100 timeout 1200
        root id 0:0:0:0:0:0 priority 0 ifcost 0 port 0
        ipfilter disabled flags 0x2
    member: en1 flags=3<LEARNING,DISCOVER>
            ifmaxaddr 0 port 6 priority 0 path cost 0
    member: en2 flags=3<LEARNING,DISCOVER>
            ifmaxaddr 0 port 8 priority 0 path cost 0
    member: en3 flags=3<LEARNING,DISCOVER>
            ifmaxaddr 0 port 7 priority 0 path cost 0
    member: en4 flags=3<LEARNING,DISCOVER>
            ifmaxaddr 0 port 9 priority 0 path cost 0
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
    media: <unknown type>
    status: inactive
p2p0: flags=8843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 2304
    ether 0a:4f:43:5b:a5:4c 
    media: autoselect
    status: inactive
awdl0: flags=8943<UP,BROADCAST,RUNNING,PROMISC,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1484
    ether 76:77:9e:05:58:d1 
    inet6 fe80::7477:9eff:fe05:58d1%awdl0 prefixlen 64 scopeid 0xc 
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
    media: autoselect
    status: active
utun0: flags=8051<UP,POINTOPOINT,RUNNING,MULTICAST> mtu 2000
    inet6 fe80::9572:8b04:187d:f5c6%utun0 prefixlen 64 scopeid 0xd 
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
utun1: flags=8051<UP,POINTOPOINT,RUNNING,MULTICAST> mtu 1380
    inet6 fe80::5fbd:ded2:9ab2:309c%utun1 prefixlen 64 scopeid 0x12 
    nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
en5: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    ether ac:de:48:00:11:22 
    inet6 fe80::aede:48ff:fe00:1122%en5 prefixlen 64 scopeid 0x4 
    nd6 options=281<PERFORMNUD,INSECURE,DAD>
    media: autoselect
    status: active

>>: 
客户端

服务端

starting....
cliet addr (127.0.0.1, 59162)

 

【Python3之socket编程】