Python全栈开发【Socket网络编程】

Python全栈【socket网络编程】

本章内容：

1. Socket
2. 基于TCP的套接字
3. 基于UDP的套接字
4. TCP粘包
5. SocketServer 模块（ThreadingTCPServer源码剖析）

Socket

一、socket一般也称做"套接字"

用于描述IP地址和端口，是一个通讯链的句柄，应用程序一般经过"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】模式来操做。socket就是该模式的一个实现，socket便是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操做（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】

为什么学习socket必定要先学习互联网协议：

1.首先：本节课程的目标就是教会你如何基于socket编程，来开发一款本身的C/S架构软件

2.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通讯的

3.而后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通讯的软件，就必须遵循这些标准。

 

二、socket层

 

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。

 

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标准的。

 

 

三、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。 

1）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，能够经过访问同一个文件系统间接完成通讯

2）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，可是因为咱们只关心网络编程，因此大部分时候我么只使用AF_INET)

四、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。

 

★★★★★★TCP套接字工做流程（牢记）

 

复习三次握手与四次挥手 

socket类

sk = 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 只可以用于单一的Unix系统进程间通讯 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 参数三：协议 　　0　　（默认）与特定的地址家族相关的协议,若是是 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 sk.bind(address) 　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。 sk.listen(backlog) 　　开始监听传入链接。backlog指定在拒绝链接以前，能够挂起的最大链接数量。 backlog等于5，表示内核已经接到了链接请求，但服务器尚未调用accept进行处理的链接个数最大为5 这个值不能无限大，由于要在内核中维护链接队列 sk.setblocking(bool) 　　是否阻塞（默认True），若是设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。 sk.accept() 　　接受链接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，能够用来接收和发送数据。address是链接客户端的地址。 　　接收TCP 客户的链接（阻塞式）等待链接的到来 sk.connect(address) 　　链接到address处的套接字。通常，address的格式为元组（hostname,port）,若是链接出错，返回socket.error错误。 sk.connect_ex(address) 　　同上，只不过会有返回值，链接成功时返回 0 ，链接失败时候返回编码，例如：10061 sk.close() 　　关闭套接字 sk.recv(bufsize[,flag]) 　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多能够接收的数量。flag提供有关消息的其余信息，一般能够忽略。 sk.recvfrom(bufsize[.flag]) 　　与recv()相似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。 sk.send(string[,flag]) 　　将string中的数据发送到链接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。即：可能未将指定内容所有发送。 sk.sendall(string[,flag]) 　　将string中的数据发送到链接的套接字，但在返回以前会尝试发送全部数据。成功返回None，失败则抛出异常。 内部经过递归调用send，将全部内容发送出去。 sk.sendto(string[,flag],address) 　　将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。 sk.settimeout(timeout) 　　设置套接字操做的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。通常，超时期应该在刚建立套接字时设置，由于它们可能用于链接的操做（如 client 链接最多等待5s ） sk.getpeername() 　　返回链接套接字的远程地址。返回值一般是元组（ipaddr,port）。 sk.getsockname() 　　返回套接字本身的地址。一般是一个元组(ipaddr,port) sk.fileno() 　　套接字的文件描述符

基于TCP的套接字

举例学习：模拟FTP文件上传及断点续传

 1 #tcp_server.py
 2 from socket import *
 3 
 4 ip_port = ('127.0.0.1',8000)
 5 buffer_size = 1024
 6 back_log = 5
 7 
 8 server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 9 server.bind(ip_port)
10 server.listen(back_log)
11 
12 conn,addr = server.accept()
13 
14 f_size = int(str(conn.recv(buffer_size).decode('utf-8')))
15 conn.send(bytes(str(f_size).encode('utf-8')))
16 recv_size=0
17 with open('2.txt', 'wb') as f:
18     while True:
19         if recv_size ==f_size:
20             break
21         else:
22             recv_msg = conn.recv(buffer_size)
23             f.write(recv_msg)
24             recv_size += len(recv_msg)

 1 #tcp_client.py
 2 from socket import *
 3 import os
 4 ip_port = ('127.0.0.1',8000)
 5 buffer_size = 1024
 6 back_log = 5
 7 
 8 client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 9 client.connect(ip_port)
10 
11 file_size=os.stat('1.txt').st_size
12 client.send(str(file_size).encode('utf-8')) #先发送文件大小，解决粘包问题
13 msg = client.recv(buffer_size)
14 
15 have_rec = 0
16 if int(str(msg.decode('utf-8'))) ==file_size:
17     with open('1.txt', 'rb') as f:
18         for line in f:
19             client.send(line)
20             have_rec+=len(line)
21             print('模拟断点出现')
22             break  # 模拟出现断点的状况再续传
23     with open('1.txt', 'rb') as f:
24         f.seek(have_rec) # 文件指针指到已经上传完成的部分
25         for line in f:
26             client.send(line)

有时重启服务端时会出现：

 

解决方法：

 

#加入一条socket配置，重用ip和端口

ss=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
ss.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #在bind前加setsockopt
ss.bind(('127.0.0.1',8000))

 

 

基于UDP的套接字

 服务端

 1 from socket import *
 2 import time
 3 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 4 BUFSIZE=1024
 5 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)  #面向信息
 6 #UDP无链接，因此能够同时多个客户端去跟服务端通讯
 7 udp_server.bind(ip_port) #须要绑定地址与端口号
 8 
 9 while True:
10     msg,addr=udp_server.recvfrom(BUFSIZE)
11     print(msg.decode('utf-8'),addr)   #hello ('127.0.0.1', 49448)
12     if not msg:
13         fmt ='%Y-%m-%d %X'
14     else:
15         fmt ='%Y:%m:%d %X'
16     back_time = time.strftime(fmt)
17     udp_server.sendto(back_time.encode('utf-8'),addr) #发送信息时须要后面带目的地址信息

客户端

 

 1 from socket import *
 2 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 3 BUFSIZE=1024
 4 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
 5 
 6 while True:
 7     msg=input('>>: ').strip()
 8     if not msg:continue
 9 
10     udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port) #发送带服务端地址信息
11 
12     back_msg,addr=udp_client.recvfrom(BUFSIZE)
13     print(back_msg.decode('utf-8'))   #2017:01:03 09:24:48

 

UDP模拟Win下cmd命令（会丢包）

 

from socket import *
import subprocess
ip_port = ('127.0.0.1',8000)
back_log = 5
buffer_size = 1024

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

while True:
    cmd,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)
    print('新的客户端连接',addr)

    print('收到客户的命令是',cmd.decode('utf-8'))
    res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
                           stderr = subprocess.PIPE,
                           stdout = subprocess.PIPE,
                           stdin = subprocess.PIPE)
    err = res.stderr.read()
    if err:
        cmd_res =err
    else:
        cmd_res = res.stdout.read()
    udp_server.sendto(cmd_res,addr)

server

 

from socket import *

ip_port = ('127.0.0.1',8000)
back_log = 5
buffer_size = 1024

udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

while True:
    cmd =input('>>>').strip()
    if not cmd:continue
    if cmd =='quit':break

    udp_client.sendto(cmd.encode('utf-8'),ip_port)
    cmd_res,addr = udp_client.recvfrom(buffer_size)
    print('命令执行的结果是',cmd_res.decode('gbk'))
udp_client.close()

client

TCP粘包