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
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)
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'))
