Python网络编程中篇

时间 2019-12-10

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socket编程javascript

Python 提供了两个级别访问的网络服务。java

低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，能够访问底层操做系统Socket接口的所有方法。
高级别的网络服务模块 SocketServer，它提供了服务器中心类，能够简化网络服务器的开发。

Socket是什么 ?

Socket又称"套接字"，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，使主机间或者一台计算机上的进程间能够通信。

socket()函数

Python 中，咱们用 socket（）函数来建立套接字，语法格式以下:

1 2	`import` `socket` `socket.socket([family[,` `type` `[, proto]]])`

参数

　　　　family: 套接字家族可使AF_UNIX或者AF_INETpython

　　　　type: 套接字类型能够根据TCP(面向链接)的仍是UDP(非链接)分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAMlinux

　　　　protocol: 通常不填默认为0.shell

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
socket_family 能够是 AF_UNIX 或 AF_INET。socket_type 能够是 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM。protocol 通常不填,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)

因为 socket 模块中有太多的属性。咱们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',咱们就把 socket 模块里的全部属性都带到咱们的命名空间里了,这样能 大幅减短咱们的代码。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

关于套接字家族的例子

socket对象(内建)方法

服务器端套接字
s.bind()	绑定地址（host,port）到套接字，在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址。
s.listen()	开始TCP监听。backlog指定在拒绝链接以前，操做系统能够挂起的最大链接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就能够了。
s.accept()	被动接受TCP客户端链接,(阻塞式)等待链接的到来
客户端套接字
s.connect()	主动初始化TCP服务器链接，。通常address的格式为元组（hostname,port），若是链接出错，返回socket.error错误。
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，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其余信息，一般能够忽略。
s.send()	发送TCP数据，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。
s.sendall()	完整发送TCP数据，完整发送TCP数据。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。
s.recvform()	接收UDP数据，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。
s.sendto()	发送UDP数据，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。
s.close()	关闭套接字
s.getpeername()	返回链接套接字的远程地址。返回值一般是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字本身的地址。一般是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.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connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，若是没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	若是flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，不然将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，若是调用recv()没有发现任何数据，或send()调用没法当即发送数据，那么将引发socket.error异常。
s.makefile()	建立一个与该套接字相关连的文件

辣么，如今能够搭建一个简单的服务端与客户端之间的通讯编程

基于TCP的套接字windows

服务端服务器

咱们使用 socket 模块的 socket 函数来建立一个 socket 对象。socket 对象能够经过调用其余函数来设置一个 socket 服务。cookie

如今咱们能够经过调用 bind(hostname, port) 函数来指定服务的 port(端口)。网络

接着，咱们调用 socket 对象的 accept 方法。该方法等待客户端的链接，并返回 connection 对象，表示已链接到客户端。

#!/usr/bin/python3
# 文件名：server.py

# 导入 socket模块
import socket

# 建立 socket 对象
serversocket = socket.socket(
            socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

port = 8080

# 绑定端口
serversocket.bind((host, port))

# 设置最大链接数，超事后排队
serversocket.listen(5)

while True:
    # 创建客户端链接
    clientsocket,addr = serversocket.accept()      

    print("链接地址: %s" % str(addr))
    
    msg='welcome to JinCheng！'+ "\r\n"
    clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))
    clientsocket.close()

客户端

接下来咱们写一个简单的客户端实例链接到以上建立的服务。

socket.connect(hosname, port ) 方法打开一个 TCP 链接到主机为 hostname 端口为 port 的服务商。链接后咱们就能够从服务端后期数据，记住，操做完成后须要关闭链接。

#!/usr/bin/python3 # 文件名：client.py

# 导入 socket模块
import socket

# 建立 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

# 设置端口好
port = 8080

# 链接服务，指定主机和端口
s.connect((host, port))

# 接收小于 1024 字节的数据
msg = s.recv(1024)

s.close()

print (msg.decode('utf-8'))

上面的服务端与客户端实现了"本身"与"本身"之间的简单通讯

辣么,基于上述也能够实现一种模拟现实"打电话"的通讯

服务端

咱们想实现打电话的通讯,首先服务端要不断接受链接,而后循环通讯,实现一种交互式的收发，通讯完毕后只关闭连接，服务器可以继续接收下一次连接

import socket
ip_port = ("127.0.0.1",8080)# 电话卡
back_log = 5
buffer_size = 1024

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#买手机
s.bind(ip_port)   #手机插卡
s.listen(back_log)#手机待机

while True:                 #新增接收连接循环,能够不停的接电话
    conn,address = s.accept()#手机接电话
    # print(conn)
    print('接到来自%s的电话' %address)
    while True:#新增通讯循环,能够不断的通讯,收发消息
        try:   #新增捕捉异常的，若是不加,那么正在连接的客户端忽然断开,recv便再也不阻塞,死循环发生
            ret = str(conn.recv(buffer_size),encoding="utf-8")
            print("from>>> " ,ret)  #收到来自于客户端的消息
            nr = input(">>>")        #交互式发送,发给客户端消息
            conn.sendall(bytes(nr, encoding="utf-8"))
        except Exception:
            break

    #conn.close() #挂电话(可选)

#s.close()        #手机关机(可选)

服务端

客户端

import socket
ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 买手机
s.connect(ip_port)                                  # 拨电话

while True: # 新增通讯循环,客户端能够不断发收消息
    nr = input(">>>").strip() #
    if not nr:continue # 若是输入为空，则返回循环
    s.sendall(bytes(nr, encoding="utf-8"))# 发消息,说话(只能发送字节类型)
    res = s.recv(buffer_size)              # 收消息,听话
    print("来自远方的消息",str(res, encoding="utf-8"))

#s.close()                                 # 挂电话(可选)

客户端

基于上次例子可能会遇到一些问题:

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（若是不懂，请深刻研究1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发状况下会有大量的time_wait状态的优化方法）

解决方案:

#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))

#此条能够解决上述的问题

方法一

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

编辑文件，加入如下内容：
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 
而后执行 /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，可防范少许SYN攻击，默认为0，表示关闭；

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

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP链接中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



# 看不懂略过,我也看不懂

方法二

注:若是有俩个客户端访问服务端,则优先处理第一个访问的客户端,另一个则被放在链接池中等待。当第一个客户端强行终止与服务端的链接,服务端触发异常,新增一个捕捉异常的功能,能够将后面的链接池中的客户端再次创建通讯链接。

辣么,基于上述也能够模拟实现TCP远程执行命令

# 基于tcp协议实现的远程链接命令工做
from socket import *
import subprocess
ip_port = ("127.0.0.1",8080)
back_log = 5
buffer_size = 1024

tcp_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

while True:
    conn,addr = tcp_server.accept()
    print("客户端链接",addr)
    while True:
        try:
            cmd = conn.recv(buffer_size)
            if not cmd:break
            print("收到客户端的命令是:",cmd)
            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()
            if not cmd_res:
                cmd_res = "命令执行OK".encode("gbk")
            conn.send(cmd_res)

        except Exception as e:
            print(e)
            break
    conn.close()

服务端

from socket import *
import subprocess
ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024

tcp_client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

while True:
    msg = input(">>>")
    if not msg:continue
    if msg == "q":break #若是输入的是q 则发送的是空 服务端会进入死循环
    tcp_client.send(msg.encode("utf-8"))
    cmd_res = tcp_client.recv(buffer_size)
    print("命令行的结果是",cmd_res.decode("gbk"))

tcp_client.close()

客户端

基于UDP的套接字

udp的socket修改了一些参数

服务端

from socket import *

udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报
udp_server.bind(("127.0.0.1",8080,))

while True:
    data,addr = udp_server.recvfrom(1024)
    print("来自于：",addr,data.decode("utf-8"))

    msg = input(">>>")
    udp_server.sendto(msg.encode("utf-8"),addr)

客户端

from socket import *
ip_port=("192.168.12.34",8899)

udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报

while True:
    msg = input(">>>")
    udp_client.sendto(msg.encode("utf-8"),ip_port)  # 发送于谁

    data,addr=udp_client.recvfrom(1024)             # 接收来自于谁
    print(data.decode("utf-8"))

对UDP进行的一些阐释若是发送的内容为空,例如直接回车,不会阻塞。在TCP下按下回车则会阻塞,则要做出一些处理。UDP不会出现粘包现象,再讲解粘包时会做出解释。并且UDP能够直接实现并发,支持多用户同时通讯服务端

基于udp套接字咱们能够做出一些小功能

实现ntp时间服务器

from socket import *
import time

udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报
udp_server.bind(("127.0.0.1",8080,))

while True:
    data,addr = udp_server.recvfrom(1024)
    print("来自于：",addr,data.decode("utf-8"))
    if not data:
        gs = "%F %X"
    else:
        gs = data.decode("utf-8")
    sj = time.strftime(gs)
    udp_server.sendto(sj.encode("utf-8"),addr)

服务端

from socket import *
ip_port=("127.0.0.1",8080)

udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) # 基于网络,  数据报

while True:
    msg = input(">>>")
    udp_client.sendto(msg.encode("utf-8"),ip_port)  # 发送于谁

    data,addr=udp_client.recvfrom(1024)              # 接收来自于谁
    print("标准时间为:",data.decode("utf-8"))

客户端

基于udp套接字模拟实现UDP远程执行命令

# 基于udp实现的远程命令行
from socket import *
import subprocess

ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024

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

while True:
    # 收
    cmd,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)
    print("收到客户端的命令是:", cmd)
    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()
    if not cmd_res: # 若是这个命令的返回值是空的,则会阻塞.因此要人为的添加一些操做
        cmd_res = "ok".encode("utf-8")
    # 发
    udp_server.sendto(cmd_res,addr)

服务端

from socket import *
import subprocess

ip_port = ("127.0.0.1",8080)
buffer_size = 1024
udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)

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

    data,addr = udp_client.recvfrom(buffer_size)
    print("命令的结果是" ,data.decode("gbk"))

客户端

注:tcp和udp实现的远程执行命令由于系统的分别,可能会产生一些差别性。在windows上面,由于将命令交给shell去操做,因此shell底层是用gbk编码的,再获得shell处理返回的结果时,则要用gbk去解码拿到结果。

关于tcp的recv和udp的recvfrom的一些区别

一、收发原理详解：

发消息：都是将数据发送到己端的发送缓冲区中

收消息：都是从己端的缓冲区中收

二、发消息两者相似，收消息确实有区别的？

tcp协议：send发消息，recv收消息

（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完蛋recv将不会阻塞，收到的是空

udp协议：sendto发消息，recvfrom收消息

（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

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，根本无论，而tcp是基于连接的，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，任何一方试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。

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。