python的socket编程

1.摘要

socket

2.socket简介

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。

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

3.套接字

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)

4.套接字工作流程

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

5.socket()模块函数用法

 1 import socket
 2 socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
 3 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。
 4
 5 获取tcp/ip套接字
 6 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 7
 8 获取udp/ip套接字
 9 udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
10
11 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。
12 例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

5.1套接字函数

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

面向文件的套接字的函数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

5.2实验

 1 1：用打电话的流程快速描述socket通信
 2 2：服务端和客户端加上基于一次链接的循环通信
 3 3：客户端发送空，卡主，证明是从哪个位置卡的
 4 服务端：
 5 from socket import *
 6 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 7 phone.bind(('127.0.0.1',8081))
 8 phone.listen(5)
 9
10 conn,addr=phone.accept()
11 while True:
12     data=conn.recv(1024)
13     print('server===>')
14     print(data)
15     conn.send(data.upper())
16 conn.close()
17 phone.close()
18 客户端：
19 from socket import *
20
21 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
22 phone.connect(('127.0.0.1',8081))
23
24 while True:
25     msg=input('>>: ').strip()
26     phone.send(msg.encode('utf-8'))
27     print('client====>')
28     data=phone.recv(1024)
29     print(data)
30
31 说明卡的原因：缓冲区为空recv就卡住，引出原理图
32
33
34
35 4.演示客户端断开链接，服务端的情况，提供解决方法
36
37 5.演示服务端不能重复接受链接，而服务器都是正常运行不断来接受客户链接的
38
39 6:简单演示udp
40 服务端
41 from socket import *
42 phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
43 phone.bind(('127.0.0.1',8082))
44 while True:
45     msg,addr=phone.recvfrom(1024)
46     phone.sendto(msg.upper(),addr)
47 客户端
48 from socket import *
49 phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
50 while True:
51     msg=input('>>: ')
52     phone.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8082))
53     msg,addr=phone.recvfrom(1024)
54     print(msg)
55
56 udp客户端可以并发演示
57 udp客户端可以输入为空演示，说出recvfrom与recv的区别，暂且不提tcp流和udp报的概念，留到粘包去说
58
59 读者勿看：socket实验推演流程

6.基于TCP的套接字

6.1TCP服务端

1 ss = socket() #创建服务器套接字
2 ss.bind()      #把地址绑定到套接字
3 ss.listen()      #监听链接
4 inf_loop:      #服务器无限循环
5     cs = ss.accept() #接受客户端链接
6     comm_loop:         #通讯循环
7         cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送)
8     cs.close()    #关闭客户端套接字
9 ss.close()        #关闭服务器套接字(可选)

6.2TCP客户端

1 cs = socket()    # 创建客户套接字
2 cs.connect()    # 尝试连接服务器
3 comm_loop:        # 通讯循环
4     cs.send()/cs.recv()    # 对话(发送/接收)
5 cs.close()            # 关闭客户套接字

6.3简版通信

 1 #服务器端
 2 #_*_coding:utf-8_*_
 3 __author__ = 'Linhaifeng'
 4 import socket
 5 ip_port=('127.0.0.1',9000)  #电话卡
 6 BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
 7 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
 8 s.bind(ip_port) #手机插卡
 9 s.listen(5)     #手机待机
10
11
12 conn,addr=s.accept()            #手机接电话
13 # print(conn)
14 # print(addr)
15 print('接到来自%s的电话' %addr[0])
16
17 msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
18 print(msg,type(msg))
19
20 conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
21
22 conn.close()                    #挂电话
23
24 s.close()                       #手机关机
25
26
27 #客户端
28 #_*_coding:utf-8_*_
29 __author__ = 'Linhaifeng'
30 import socket
31 ip_port=('127.0.0.1',9000)
32 BUFSIZE=1024
33 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
34
35 s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
36
37 s.send('linhaifeng nb'.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
38
39 feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
40 print(feedback.decode('utf-8'))
41
42 s.close()                                       #挂电话

6.4改进版

 1 #服务器端
 2 #_*_coding:utf-8_*_
 3 __author__ = 'Linhaifeng'
 4 import socket
 5 ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
 6 BUFSIZE=1024
 7 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
 8 s.bind(ip_port) #手机插卡
 9 s.listen(5)     #手机待机
10
11
12 while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
13     conn,addr=s.accept()            #手机接电话
14     # print(conn)
15     # print(addr)
16     print('接到来自%s的电话' %addr[0])
17     while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
18         msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
19
20         # 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
21
22         print(msg,type(msg))
23
24         conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
25
26     conn.close()                    #挂电话
27
28 s.close()                       #手机关机
29
30
31 #客户端
32 #_*_coding:utf-8_*_
33 __author__ = 'Linhaifeng'
34 import socket
35 ip_port=('127.0.0.1',8081)
36 BUFSIZE=1024
37 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
38
39 s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
40
41 while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
42     msg=input('>>: ').strip()
43     if len(msg) == 0:continue
44     s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
45
46     feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
47     print(feedback.decode('utf-8'))
48
49 s.close()                                       #挂电话

6.5address already in use解决

#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 时间方法二

View Code

7.基于udp的套接字

7.1udp服务端

1 ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
2 ss.bind()       #绑定服务器套接字
3 inf_loop:       #服务器无限循环
4     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
5 ss.close()                         # 关闭服务器套接字

7.2udp客户端

1 cs = socket()   # 创建客户套接字
2 comm_loop:      # 通讯循环
3     cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
4 cs.close()                      # 关闭客户套接字

7.3示例

http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/6129246.html

8.粘包

让我们基于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）

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

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 import subprocess
 5
 6 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 7 BUFSIZE=1024
 8
 9 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
10 tcp_socket_server.bind(ip_port)
11 tcp_socket_server.listen(5)
12
13 while True:
14     conn,addr=tcp_socket_server.accept()
15     print('客户端',addr)
16
17     while True:
18         cmd=conn.recv(BUFSIZE)
19         if len(cmd) == 0:break
20
21         act_res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
22                          stdout=subprocess.PIPE,
23                          stdin=subprocess.PIPE,
24                          stderr=subprocess.PIPE)
25
26         act_err=act_res.stderr.read()
27         if act_err:
28             ret=act_err
29         else:
30             ret=act_res.stdout.read()
31
32         conn.sendall(ret)
33
34 服务端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 BUFSIZE=1024
 5 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 6
 7 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 8 res=s.connect_ex(ip_port)
 9
10 while True:
11     msg=input('>>: ').strip()
12     if len(msg) == 0:continue
13     if msg == 'quit':break
14
15     s.send(msg.encode('utf-8'))
16     act_res=s.recv(BUFSIZE)
17
18     print(act_res.decode('utf-8'),end='')
19
20 客户端

8.1粘包解决

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

 1 import json,struct
 2 #假设通过客户端上传1T:1073741824000的文件a.txt
 3
 4 #为避免粘包,必须自定制报头
 5 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
 6
 7 #为了该报头能传送,需要序列化并且转为bytes
 8 head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化并转成bytes,用于传输
 9
10 #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
11 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
12
13 #客户端开始发送
14 conn.send(head_len_bytes) #先发报头的长度,4个bytes
15 conn.send(head_bytes) #再发报头的字节格式
16 conn.sendall(文件内容) #然后发真实内容的字节格式
17
18 #服务端开始接收
19 head_len_bytes=s.recv(4) #先收报头4个bytes,得到报头长度的字节格式
20 x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取报头的长度
21
22 head_bytes=s.recv(x) #按照报头长度x,收取报头的bytes格式
23 header=json.loads(json.dumps(header)) #提取报头
24
25 #最后根据报头的内容提取真实的数据,比如
26 real_data_len=s.recv(header['file_size'])
27 s.recv(real_data_len)

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)

struct的详细用法

服务端自制报头

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket,time,subprocess,pickle,struct
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 6 s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
 7
 8 s.bind(ip_port)
 9 s.listen(5)
10
11 while True:
12     conn,addr=s.accept()
13     print('客户端',addr)
14     while True:
15         msg=conn.recv(1024)
16         if not msg:break
17         res=subprocess.Popen(msg.decode('utf-8'),shell=True,\
18                             stdin=subprocess.PIPE,\
19                          stderr=subprocess.PIPE,\
20                          stdout=subprocess.PIPE)
21         err=res.stderr.read()
22         if err:
23             ret=err
24         else:
25             ret=res.stdout.read()
26
27         l=struct.pack('i',len(ret))
28
29         conn.sendall(l+ret)
30         # conn.send(str(len(ret)).encode('utf-8'))
31     conn.close()

客户端自制报头

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket,time,struct
 4
 5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 6 res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))
 7
 8 while True:
 9     msg=input('>>: ').strip()
10     if len(msg) == 0:continue
11     if msg == 'quit':break
12
13     s.send(msg.encode('utf-8'))
14
15
16
17     l=s.recv(4)
18     x=struct.unpack('i',l)[0]
19     print(type(x),x)
20     # print(struct.unpack('I',l))
21     r_s=0
22     data=b''
23     while r_s < x:
24         r_d=s.recv(1024)
25         data+=r_d
26         r_s+=len(r_d)
27
28     print(data.decode('utf-8'))

复杂报头

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

 1 #服务端：定制稍微复杂一点的报头
 2 import socket,struct,json
 3 import subprocess
 4 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 5 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
 6
 7 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
 8
 9 phone.listen(5)
10
11 while True:
12     conn,addr=phone.accept()
13     while True:
14         cmd=conn.recv(1024)
15         if not cmd:break
16         print('cmd: %s' %cmd)
17
18         res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
19                              shell=True,
20                              stdout=subprocess.PIPE,
21                              stderr=subprocess.PIPE)
22         err=res.stderr.read()
23         print(err)
24         if err:
25             back_msg=err
26         else:
27             back_msg=res.stdout.read()
28
29         headers={'data_size':len(back_msg)}
30         head_json=json.dumps(headers)
31
32
33         conn.send(struct.pack('i',len(head_json))) #先发报头的长度
34         conn.send(head_json.encode('utf-8')) #再发报头
35         conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
36
37     conn.close()

 1 from socket import *
 2 import struct,json
 3
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 6 client.connect(ip_port)
 7
 8 while True:
 9     cmd=input('>>: ')
10     if not cmd:continue
11     client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8'))
12
13     head=client.recv(4)
14     head_json_len=struct.unpack('i',head)[0]
15
16 #客户端
17 head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8'))
18     data_len=head_json['data_size']
19
20     recv_size=0
21     recv_data=b''
22     while recv_size < data_len:
23         recv_data+=client.recv(1024)
24         recv_size+=len(recv_data)
25
26     print(recv_data.decode('utf-8'))

转载于:https://www.cnblogs.com/bigroot/p/6513197.html

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