python之socket编程

时间 2019-12-13

标签 python socket 编程栏目 Python 繁體版

原文原文链接

客户端&服务端架构

　　c/s架构: 即python

　　1.硬件C/S架构(打印机)web

　　2.软件C/S架构(web服务)算法

　　socket给咱们提供了一个接入c/s架构的接口，至于传输层使用的协议取决于咱们socket接口使用的协议编程

socket

　　socket是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层,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,对用户来讲,一组简单的接口就是所有,让socket去组织数据,以符合指定的协议设计模式

　　因此,咱们无需深刻理解TCP/UDP协议,socket已经为咱们封装好了,咱们只须要遵循socket的规定去编程,写出的程序天然就是遵循tcp/udp标准缓存

套接字家族

基于文件类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_UNIX服务器

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，能够经过访问同一个文件系统间接完成通讯网络

基于网络类型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET数据结构

(还有AF_INET6被用于ipv6，还有一些其余的地址家族，不过，他们要么是只用于某个平台,要么就是已经被废弃，或者是不多被使用，或者是根本没有实现，全部地址家族中，AF_INET是使用最普遍的一个，python支持不少种地址家族)架构

套接字工做流程

　　服务器端先初始化Socket, 而后与端口绑定(bind), 对端口进行监听(listen), 调用accept阻塞, 等待客户端链接. 在这时若是有个客户端初始化一个Socket, 而后链接服务器(connect), 若是链接成功, 这时客户端与服务器端的链接就创建了. 客户端发送数据请求, 服务器端接收请求并处理请求, 而后把回应数据发送给客户端, 客户端读取数据, 最后关闭链接, 一次交互结束

from socket import *    ##服务端
ip_port =("127.0.0.1",8082)
back_log = 5    #设定链接池的大小
buffer_size = 1024

phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)#建立服务端套接字
phone.bind(ip_port)     #绑定地址
phone.listen(back_log)   #监听连接
while True:#外层循环用来接收不一样的连接
    print("服务端开始运行了！")
    conn,addr = phone.accept()  #接收客户端连接
    print("双向连接是",conn)
    print("客户端地址",addr)

    while True:#内层循环用来基于一次连接循环通讯
        try:
            msg = conn.recv(buffer_size )  #接收客户端消息
            print("客服端发来消息：",msg.decode("utf-8"))
            conn.send(msg.upper())   #发送消息至客户端
        except Exception:#异常处理用于该次通讯退出结束该次连接
            break
    conn.close()#关闭客户端套接字

phone.close()   #关闭服务端套接字

客户端

 1 from socket import *
 2 ip_port = ("127.0.0.1",8082)
 3 back_log = 5
 4 buffer_size = 1024
 5 
 6 phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)   #建立客户端套接字
 7 phone.connect(ip_port)    #尝试连接服务端
 8 
 9 while True:#通信循环
10     use_choose = input("请输入信息》》》：").strip()
11     if not use_choose:continue
12     phone.send(use_choose.encode("utf-8"))  #发送消息至服务端
13     print("客户端已发送消息！")
14     date = phone.recv(buffer_size)    #接收服务端返回的消息
15     print("收到服务端发来的消息：",date.decode("utf-8"))
16 phone.close()     #关闭客户端套接字

注意:在关闭掉服务端后短期内重启可能会遇到

这个是因为你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址

1 #加入一条socket配置，重用ip和端口
2 
3 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
4 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
5 phone.bind(('127.0.0.1',8080))

UDP协议的套接字

　　服务端: 基于UDP协议的套接字服务端与TCP协议下的套接字服务端不一样,UDP协议的服务端没有链接池, 能够实现即时通讯,同时与多人通讯

1 #服务端
2 ss = socket()   #建立一个服务器的套接字
3 ss.bind()       #绑定服务器套接字
4 inf_loop:       #服务器无限循环
5      cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
6 ss.close()                         # 关闭服务器套接字

客户端

1 cs = socket()   # 建立客户套接字
2 comm_loop:      # 通信循环
3     cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
4 cs.close()                      # 关闭客户套接字

简单示例:

时间服务器

 1 服务端
 2 from  socket import *
 3 import time
 4 ip_port = ("127.0.0.1",8080)
 5 buffer_size = (1024)
 6 servier_clint = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#建立服务器套接字
 7 servier_clint.bind(ip_port)   #绑定服务器套接字
 8 
 9 while True:
10     print("等待用户接入")
11     date,addr=servier_clint.recvfrom(buffer_size)  #接收客户端消息
12     if  not date:
13         fmt = "%Y-%m-%d-%X"
14     else:
15         fmt = date.decode("utf-8")
16     date = time.strftime(fmt)
17     servier_clint.sendto(date.encode("utf-8"),addr)
18 
19 
20 客户端
21 from  socket import *
22 ip_port = ("127.0.0.1",8080)
23 buffer_size = (1024)
24 user_clint = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
25 
26 
27 while True:
28     use_choose = input("请输入》》").strip()
29     user_clint.sendto(use_choose.encode("utf-8"),ip_port)
30 
31     date,addr = user_clint.recvfrom(buffer_size)
32     print(date.decode("utf-8"))

recv与recvfrom的区别

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.tcp协议：

（1）若是收消息缓冲区里的数据为空，那么recv就会阻塞

（2）tcp基于连接通讯，若是一端断开了连接，那另一端的连接也跟着结束recv将不会阻塞，收到的是空

客户端发送为空，测试结果--->验证:（1）

客户端直接终止程序，测试结果--->验证:（2）

 1 import subprocess
 2 from socket import *
 3 
 4 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)        #服务端
 5 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
 6 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
 7 phone.listen(5)
 8 
 9 conn,addr=phone.accept()
10 
11 while True:
12     data=conn.recv(1024)
13     print('from client msg is ',data)
14     conn.send(data.upper())

 1 import subprocess
 2 from socket import *
 3 
 4 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)     #客户端
 5 phone.connect(('127.0.0.1',8080))
 6 
 7 
 8 while True:
 9     msg=input('>>: ')
10     phone.send(msg.encode('utf-8'))
11     print('Client message has been sent')
12 
13     data=phone.recv(1024)
14     print('from server msg is ',data.decode('utf-8'))
15 phone.close()

2.udp协议

（1）若是若是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

客户端发送空，看服务端结果--->验证（1）

 1 from socket import *
 2 
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)    #服务端
 7 udp_server.bind(ip_port)
 8 
 9 while True:
10     data1,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
11     print(data1)

　　分别运行服务端，客户端--->验证（2）

 1 from socket import *
 2 
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)   #服务端
 7 udp_server.bind(ip_port)
 8 
 9 data1,addr=udp_server.recvfrom(1)
10 print('第一次收了 ',data1)
11 data2,addr=udp_server.recvfrom(1)
12 print('第二次收了 ',data2)
13 data3,addr=udp_server.recvfrom(1)
14 print('第三次收了 ',data3)
15 print('--------结束----------')

1 from socket import *
2 ip_port=('127.0.0.1',9003)
3 bufsize=1024
4 
5 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#客户端
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)

　　不运行服务端，单独运行客户端，一点问题没有，可是消息丢了--->验证（3）

 1 from socket import *
 2 
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)    #服务端
 7 udp_server.bind(ip_port)
 8 
 9 data1,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
10 print('第一次收了 ',data1)
11 data2,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
12 print('第二次收了 ',data2)
13 data3,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
14 print('第三次收了 ',data3)
15 print('--------结束----------')

 1 from socket import *
 2 import time
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#客户端
 7 
 8 udp_client.sendto(b'hello',ip_port)
 9 udp_client.sendto(b'world',ip_port)
10 udp_client.sendto(b'egon',ip_port)
11 
12 print('客户端发完消息啦')
13 time.sleep(100)

　　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,由于udp协议只负责把包发出去,对方收不收,我根本无论,而tcp是基于链接的,必须有一个服务端先运行着,客户端去跟服务端创建连接而后依托于连接才能传递消息,任何一方视图把连接摧毁都会致使对方程序的崩溃

　　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,为何?由于服务端有几个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，能够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,如果y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，可是会丢数据，不可靠

3.tcp的协议数据不会丢，己端老是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，可是会粘包。

粘包

　　首先明白一点，socket不论是服务端仍是客户端收发消息都是首先与各自的内核态进行交互，而后再经过网卡进行数据传输

发送端能够是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序能够两K两K地提走数据，固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总体，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，所以TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的缘由。而UDP是面向消息的协议，每一个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是很不一样的。怎样定义消息呢？能够认为对方一次性write/send的数据为一个消息，须要明白的是当对方send一条信息的时候，不管底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈如今内核缓冲区。

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

所谓粘包问题主要仍是由于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形成的。

此外，发送方引发的粘包是由TCP协议自己形成的，TCP为提升传输效率，发送方每每要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几回须要send的数据都不多，一般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）是面向链接的，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，所以，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），将屡次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，而后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。即面向流的通讯是无消息保护边界的。
2. UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无链接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 因为UDP支持的是一对多的模式，因此接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每个到达的UDP包，在每一个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来讲，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通讯是有消息保护边界的。
3. tcp是基于数据流的，因而收发的消息不能为空，这就须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，即使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

　　两种状况下会发生粘包

　　发送端须要等缓冲区满才发送出去,形成粘包(发送数据时间间隔很短,数据流很小,汇合到一块儿,产生粘包)

 1 from socket import *    #服务端
 2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 3 
 4 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 5 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 6 tcp_socket_server.listen(5)
 7 
 8 
 9 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
10 
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()

 1 import socket    #客户端
 2 BUFSIZE=1024
 3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 4 
 5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 6 res=s.connect_ex(ip_port)
 7 
 8 
 9 s.send('hello'.encode('utf-8'))
10 s.send('feng'.encode('utf-8'))

接收方不及时接收缓冲区的包，形成多个包接收（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仍是从缓冲区拿上次遗留的数据，产生粘包）

 1 from socket import *    #服务端
 2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 3 
 4 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 5 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 6 tcp_socket_server.listen(5)
 7 
 8 
 9 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
10 
11 
12 data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
13 data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,而后取新的
14 
15 print('----->',data1.decode('utf-8'))
16 print('----->',data2.decode('utf-8'))

1 import socket    #客户端
2 BUFSIZE=1024
3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
4 
5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)        
6 res=s.connect_ex(ip_port)
7 
8 
9 s.send('hello feng'.encode('utf-8'))

　　拆包的发生状况

　　当应用程序一次性发送的数据大于缓冲区的长度的时候,tcp会将此次发送的数据拆成几个数据包发送出去

　　补充问题一:为什么tcp是可靠传输,UDP是不可靠传输

tcp在数据传输时，发送端先把数据发送到本身的缓存中，而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，则从新发送数据,因此tcp是可靠的

而udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，所以不可靠

　　补充问题二:send(字节流)和recv(1024)及sendall

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，而后由协议控制将缓存内容发往对端，若是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