网络编程路线

一客户端/服务端架构

二 osi七层模型定义

三 socket定义

四套接字原理

　　一、套接字发展史及分类

　　二、套接字工作流程

五套接字的实现

　　一、基于TCP的套接字

　　二、基于UDP的套接字

六粘包

　　一、什么是粘包

　　二、粘包现象

　　三、解决粘包的方法

七认证客户端的链接合法性

八 socketserver实现并发

一客户端/服务端架构　　

1.硬件C/S架构(打印机)

2.软件C/S架构

　　互联网中处处是C/S架构

　　如网站是服务端，你的浏览器是客户端（B/S架构也是C/S架构的一种）

　　腾讯作为服务端为你提供视频，你得下个腾讯视频客户端才能看它的视频

C/S架构与socket的关系：

学习socket的目的就是为了完成C/S架构的开发

二 osi七层模型定义

互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

每层运行常见物理设备

tcp/ip五层模型讲解

我们将应用层，表示层，会话层并作应用层，从tcp／ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能，搞清楚了每层的主要协议

就理解了整个互联网通信的原理。

首先，用户感知到的只是最上面一层应用层，自上而下每层都依赖于下一层，所以我们从最下一层开始切入，比较好理解

每层都运行特定的协议，越往上越靠近用户，越往下越靠近硬件

为何学习socket一定要先学习互联网协议：

1. 本节课程的目标就是教会你如何基于socket编程，来开发一款自己的C/S架构软件

2. C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

3. 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信的软件，就必须遵循这些标准。

三 socket定义

socket层次关系

socket是什么

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

四套接字原理

一、套接字发展史及分类

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)

二、套接字工作流程

一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这工作原理。

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

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)

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

五套接字的实现

一、基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

tcp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)

tcp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

socket通信流程与打电话流程类似，下面以打电话为例来实现一个简单版的套接字通信

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)  #电话卡
 5 BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
 7 s.bind(ip_port) #手机插卡
 8 s.listen(5)     #手机待机
 9 
10 
11 conn,addr=s.accept()            #手机接电话
12 # print(conn)
13 # print(addr)
14 print('接到来自%s的电话' %addr[0])
15 
16 msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
17 print(msg,type(msg))
18 
19 conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
20 
21 conn.close()                    #挂电话
22 
23 s.close()                       #手机关机

服务端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 BUFSIZE=1024
 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 7 
 8 s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
 9 
10 s.send('linhaifeng nb'.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
11 
12 feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
13 print(feedback.decode('utf-8'))
14 
15 s.close()                                       #挂电话

客户端

加上链接循环与通信循环

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
 5 BUFSIZE=1024
 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
 7 s.bind(ip_port) #手机插卡
 8 s.listen(5)     #手机待机
 9 
10 
11 while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
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     while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
17         msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
18 
19         # 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
20 
21         print(msg,type(msg))
22 
23         conn.send(msg.upper())          #发消息,说话
24 
25     conn.close()                    #挂电话
26 
27 s.close()                       #手机关机

服务端改进版

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',8081)
 5 BUFSIZE=1024
 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 7 
 8 s.connect_ex(ip_port)           #拨电话
 9 
10 while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
11     msg=input('>>: ').strip()
12     if len(msg) == 0:continue
13     s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)
14 
15     feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
16     print(feedback.decode('utf-8'))
17 
18 s.close()                                       #挂电话

客户端改进版

问题：

这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.服务器高并发情况下会有大量的time_wait状态的优化方法）

解决方法：

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))

方法一

 1 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，
 2 vi /etc/sysctl.conf
 3 
 4 编辑文件，加入以下内容：
 5 net.ipv4.tcp_syncookies = 1
 6 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
 7 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
 8 net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
 9  
10 然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效。
11  
12 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；
13 
14 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；
15 
16 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。
17 
18 net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系統默认的 TIMEOUT 时间

方法二

二、基于UDP的套接字

udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错

udp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

udp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

udp套接字简单示例

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 BUFSIZE=1024
 6 udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 7 
 8 udp_server_client.bind(ip_port)
 9 
10 while True:
11     msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
12     print(msg,addr)
13 
14     udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

udp服务端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 BUFSIZE=1024
 6 udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 7 
 8 while True:
 9     msg=input('>>: ').strip()
10     if not msg:continue
11 
12     udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
13 
14     back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
15     print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

udp客户端

qq聊天(由于udp无连接，所以可以同时多个客户端去跟服务端通信)

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 ip_port=('127.0.0.1',8081)
 5 udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机
 6 udp_server_sock.bind(ip_port)
 7 
 8 while True:
 9     qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
10     print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],qq_msg.decode('utf-8')))
11     back_msg=input('回复消息: ').strip()
12 
13     udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

udp服务端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 import socket
 4 BUFSIZE=1024
 5 udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 6 
 7 qq_name_dic={
 8     'lucy':('127.0.0.1',8081),
 9     'jack':('127.0.0.1',8081),
10     'lee':('127.0.0.1',8081),
11     'eric':('127.0.0.1',8081),
12 }
13 
14 
15 while True:
16     qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
17     while True:
18         msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
19         if msg == 'quit':break
20         if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
21         udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])
22 
23         back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
24         print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))
25 
26 udp_client_socket.close()

udp客户端1

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
BUFSIZE=1024
udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

qq_name_dic={
    'lucy':('127.0.0.1',8081),
    'jack':('127.0.0.1',8081),
    'lee':('127.0.0.1',8081),
    'eric':('127.0.0.1',8081),
}


while True:
    qq_name=input('请选择聊天对象: ').strip()
    while True:
        msg=input('请输入消息,回车发送: ').strip()
        if msg == 'quit':break
        if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue
        udp_client_socket.sendto(msg.encode('utf-8'),qq_name_dic[qq_name])

        back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE)
        print('来自[%s:%s]的一条消息:\033[1;44m%s\033[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()

udp客户端2

时间服务器

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 from time import strftime
 5 
 6 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 7 bufsize=1024
 8 
 9 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
10 tcp_server.bind(ip_port)
11 
12 while True:
13     msg,addr=tcp_server.recvfrom(bufsize)
14     print('===>',msg)
15     
16     if not msg:
17         time_fmt='%Y-%m-%d %X'
18     else:
19         time_fmt=msg.decode('utf-8')
20     back_msg=strftime(time_fmt)
21 
22     tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)
23 
24 tcp_server.close()

ntp服务端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 ip_port=('127.0.0.1',9000)
 5 bufsize=1024
 6 
 7 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
 8 
 9 
10 
11 while True:
12     msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
13     tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
14 
15     data=tcp_client.recv(bufsize)
16 
17     print(data.decode('utf-8'))
18 
19 tcp_client.close()

ntp客户端

六粘包

一、什么是粘包

只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

首先需要掌握一个socket收发消息的原理

发送端可以是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当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整体，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，因此TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的原因。而UDP是面向消息的协议，每个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是很不同的。怎样定义消息呢？可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要明白的是当对方send一条信息的时候，无论底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈现在内核缓冲区。

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

所谓粘包问题主要还是因为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造成的。

此外，发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要send的数据都很少，通常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。

TCP（transport control protocol，传输控制协议）是面向连接的，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，因此，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），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。即面向流的通信是无消息保护边界的。
UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无连接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通信是有消息保护边界的。
tcp是基于数据流的，于是收发的消息不能为空，这就需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，即便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

udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对唯一一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,若是y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，但是会丢数据，不可靠

tcp的协议数据不会丢，没有收完包，下次接收，会继续上次继续接收，己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，但是会粘包。

二、粘包现象

两种情况下会发生粘包。

发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包（发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一起，产生粘包

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 
 6 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 7 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 8 tcp_socket_server.listen(5)
 9 
10 
11 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
12 
13 
14 data1=conn.recv(10)
15 data2=conn.recv(10)
16 
17 print('----->',data1.decode('utf-8'))
18 print('----->',data2.decode('utf-8'))
19 
20 conn.close()

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 
11 s.send('hello'.encode('utf-8'))
12 s.send('feng'.encode('utf-8'))

客户端

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

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 5 
 6 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 7 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 8 tcp_socket_server.listen(5)
 9 
10 
11 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
12 
13 
14 data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
15 data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的
16 
17 print('----->',data1.decode('utf-8'))
18 print('----->',data2.decode('utf-8'))
19 
20 conn.close()

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 
11 s.send('hello feng'.encode('utf-8'))

客户端

拆包的发生情况

当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时，tcp会将这次发送的数据拆成几个数据包发送出去。

补充问题一：为何tcp是可靠传输，udp是不可靠传输

基于tcp的数据传输请参考我的另一篇文章http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html，tcp在数据传输时，发送端先把数据发送到自己的缓存中，然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，则重新发送数据，所以tcp是可靠的

而udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，因此不可靠

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，然后由协议控制将缓存内容发往对端，如果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

三、解决粘包的方法

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)

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 #http://www.cnblogs.com/coser/archive/2011/12/17/2291160.html
 3 __author__ = 'Linhaifeng'
 4 import struct
 5 import binascii
 6 import ctypes
 7 
 8 values1 = (1, 'abc'.encode('utf-8'), 2.7)
 9 values2 = ('defg'.encode('utf-8'),101)
10 s1 = struct.Struct('I3sf')
11 s2 = struct.Struct('4sI')
12 
13 print(s1.size,s2.size)
14 prebuffer=ctypes.create_string_buffer(s1.size+s2.size)
15 print('Before : ',binascii.hexlify(prebuffer))
16 # t=binascii.hexlify('asdfaf'.encode('utf-8'))
17 # print(t)
18 
19 
20 s1.pack_into(prebuffer,0,*values1)
21 s2.pack_into(prebuffer,s1.size,*values2)
22 
23 print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))
24 print(s1.unpack_from(prebuffer,0))
25 print(s2.unpack_from(prebuffer,s1.size))
26 
27 s3=struct.Struct('ii')
28 s3.pack_into(prebuffer,0,123,123)
29 print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))
30 print(s3.unpack_from(prebuffer,0))

关于struct的详细用法

 1 import socket,struct,json
 2 import subprocess
 3 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 4 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
 5 
 6 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
 7 
 8 phone.listen(5)
 9 
10 while True:
11     conn,addr=phone.accept()
12     while True:
13         cmd=conn.recv(1024)
14         if not cmd:break
15         print('cmd: %s' %cmd)
16 
17         res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
18                              shell=True,
19                              stdout=subprocess.PIPE,
20                              stderr=subprocess.PIPE)
21         err=res.stderr.read()
22         print(err)
23         if err:
24             back_msg=err
25         else:
26             back_msg=res.stdout.read()
27 
28 
29         conn.send(struct.pack('i',len(back_msg))) #先发back_msg的长度
30         conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容
31 
32     conn.close()

服务端（自定制报头）

 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'))
29     print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

客户端（自定制报头）

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

服务端

 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     head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8'))
16     data_len=head_json['data_size']
17 
18     recv_size=0
19     recv_data=b''
20     while recv_size < data_len:
21         recv_data+=client.recv(1024)
22         recv_size+=len(recv_data)
23 
24     print(recv_data.decode('utf-8'))
25     #print(recv_data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

客户端

七认证客户端的链接合法性

如果你想在分布式系统中实现一个简单的客户端链接认证功能，又不像SSL那么复杂，那么利用hmac+加盐的方式来实现

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 import hmac,os
 5 
 6 secret_key=b'linhaifeng bang bang bang'
 7 def conn_auth(conn):
 8     '''
 9     认证客户端链接
10     :param conn:
11     :return:
12     '''
13     print('开始验证新链接的合法性')
14     msg=os.urandom(32)
15     conn.sendall(msg)
16     h=hmac.new(secret_key,msg)
17     digest=h.digest()
18     respone=conn.recv(len(digest))
19     return hmac.compare_digest(respone,digest)
20 
21 def data_handler(conn,bufsize=1024):
22     if not conn_auth(conn):
23         print('该链接不合法,关闭')
24         conn.close()
25         return
26     print('链接合法,开始通信')
27     while True:
28         data=conn.recv(bufsize)
29         if not data:break
30         conn.sendall(data.upper())
31 
32 def server_handler(ip_port,bufsize,backlog=5):
33     '''
34     只处理链接
35     :param ip_port:
36     :return:
37     '''
38     tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
39     tcp_socket_server.bind(ip_port)
40     tcp_socket_server.listen(backlog)
41     while True:
42         conn,addr=tcp_socket_server.accept()
43         print('新连接[%s:%s]' %(addr[0],addr[1]))
44         data_handler(conn,bufsize)
45 
46 if __name__ == '__main__':
47     ip_port=('127.0.0.1',9999)
48     bufsize=1024
49     server_handler(ip_port,bufsize)

服务端

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 import hmac,os
 5 
 6 secret_key=b'linhaifeng bang bang bang'
 7 def conn_auth(conn):
 8     '''
 9     验证客户端到服务器的链接
10     :param conn:
11     :return:
12     '''
13     msg=conn.recv(32)
14     h=hmac.new(secret_key,msg)
15     digest=h.digest()
16     conn.sendall(digest)
17 
18 def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
19     tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
20     tcp_socket_client.connect(ip_port)
21 
22     conn_auth(tcp_socket_client)
23 
24     while True:
25         data=input('>>: ').strip()
26         if not data:continue
27         if data == 'quit':break
28 
29         tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
30         respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
31         print(respone.decode('utf-8'))
32     tcp_socket_client.close()
33 
34 if __name__ == '__main__':
35     ip_port=('127.0.0.1',9999)
36     bufsize=1024
37     client_handler(ip_port,bufsize)

客户端(合法)

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 
 5 def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
 6     tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 7     tcp_socket_client.connect(ip_port)
 8 
 9     while True:
10         data=input('>>: ').strip()
11         if not data:continue
12         if data == 'quit':break
13 
14         tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
15         respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
16         print(respone.decode('utf-8'))
17     tcp_socket_client.close()
18 
19 if __name__ == '__main__':
20     ip_port=('127.0.0.1',9999)
21     bufsize=1024
22     client_handler(ip_port,bufsize)

客户端(非法:不知道加密方式)

 1 #_*_coding:utf-8_*_
 2 __author__ = 'Linhaifeng'
 3 from socket import *
 4 import hmac,os
 5 
 6 secret_key=b'linhaifeng bang bang bang1111'
 7 def conn_auth(conn):
 8     '''
 9     验证客户端到服务器的链接
10     :param conn:
11     :return:
12     '''
13     msg=conn.recv(32)
14     h=hmac.new(secret_key,msg)
15     digest=h.digest()
16     conn.sendall(digest)
17 
18 def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
19     tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
20     tcp_socket_client.connect(ip_port)
21 
22     conn_auth(tcp_socket_client)
23 
24     while True:
25         data=input('>>: ').strip()
26         if not data:continue
27         if data == 'quit':break
28 
29         tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
30         respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
31         print(respone.decode('utf-8'))
32     tcp_socket_client.close()
33 
34 if __name__ == '__main__':
35     ip_port=('127.0.0.1',9999)
36     bufsize=1024
37     client_handler(ip_port,bufsize)

客户端(非法:不知道secret_key)

八 socketserver实现并发

基于tcp的套接字，关键就是两个循环，一个链接循环，一个通信循环

socketserver模块中分两大类：server类（解决链接问题）和request类（解决通信问题）

server类：

request类：

继承关系:

以下述代码为例，分析socketserver源码：

ftpserver=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8080),FtpServer)
ftpserver.serve_forever()

查找属性的顺序：ThreadingTCPServer->ThreadingMixIn->TCPServer->BaseServer

实例化得到ftpserver，先找类ThreadingTCPServer的__init__,在TCPServer中找到，进而执行server_bind,server_active
找ftpserver下的serve_forever,在BaseServer中找到，进而执行self._handle_request_noblock()，该方法同样是在BaseServer中
执行self._handle_request_noblock()进而执行request, client_address = self.get_request()（就是TCPServer中的self.socket.accept()），然后执行self.process_request(request, client_address)
在ThreadingMixIn中找到process_request，开启多线程应对并发，进而执行process_request_thread，执行self.finish_request(request, client_address)
上述四部分完成了链接循环，本部分开始进入处理通讯部分，在BaseServer中找到finish_request,触发我们自己定义的类的实例化，去找__init__方法，而我们自己定义的类没有该方法，则去它的父类也就是BaseRequestHandler中找....

源码分析总结：

基于tcp的socketserver我们自己定义的类中的

　　self.server即套接字对象
　　self.request即一个链接
　　self.client_address即客户端地址

基于udp的socketserver我们自己定义的类中的

　　self.request是一个元组（第一个元素是客户端发来的数据，第二部分是服务端的udp套接字对象），如(b'adsf', <socket.socket fd=200, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 8080)>)
　　self.client_address即客户端地址

 1 import socketserver
 2 import struct
 3 import json
 4 import os
 5 class FtpServer(socketserver.BaseRequestHandler):
 6     coding='utf-8'
 7     server_dir='file_upload'
 8     max_packet_size=1024
 9     BASE_DIR=os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
10     def handle(self):
11         print(self.request)
12         while True:
13             data=self.request.recv(4)
14             data_len=struct.unpack('i',data)[0]
15             head_json=self.request.recv(data_len).decode(self.coding)
16             head_dic=json.loads(head_json)
17             # print(head_dic)
18             cmd=head_dic['cmd']
19             if hasattr(self,cmd):
20                 func=getattr(self,cmd)
21                 func(head_dic)
22     def put(self,args):
23         file_path = os.path.normpath(os.path.join(
24             self.BASE_DIR,
25             self.server_dir,
26             args['filename']
27         ))
28 
29         filesize = args['filesize']
30         recv_size = 0
31         print('----->', file_path)
32         with open(file_path, 'wb') as f:
33             while recv_size < filesize:
34                 recv_data = self.request.recv(self.max_packet_size)
35                 f.write(recv_data)
36                 recv_size += len(recv_data)
37                 print('recvsize:%s filesize:%s' % (recv_size, filesize))
38 
39 
40 ftpserver=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8080),FtpServer)
41 ftpserver.serve_forever()

FtpServer

 1 import socket
 2 import struct
 3 import json
 4 import os
 5 
 6 
 7 
 8 class MYTCPClient:
 9     address_family = socket.AF_INET
10 
11     socket_type = socket.SOCK_STREAM
12 
13     allow_reuse_address = False
14 
15     max_packet_size = 8192
16 
17     coding='utf-8'
18 
19     request_queue_size = 5
20 
21     def __init__(self, server_address, connect=True):
22         self.server_address=server_address
23         self.socket = socket.socket(self.address_family,
24                                     self.socket_type)
25         if connect:
26             try:
27                 self.client_connect()
28             except:
29                 self.client_close()
30                 raise
31 
32     def client_connect(self):
33         self.socket.connect(self.server_address)
34 
35     def client_close(self):
36         self.socket.close()
37 
38     def run(self):
39         while True:
40             inp=input(">>: ").strip()
41             if not inp:continue
42             l=inp.split()
43             cmd=l[0]
44             if hasattr(self,cmd):
45                 func=getattr(self,cmd)
46                 func(l)
47 
48 
49     def put(self,args):
50         cmd=args[0]
51         filename=args[1]
52         if not os.path.isfile(filename):
53             print('file:%s is not exists' %filename)
54             return
55         else:
56             filesize=os.path.getsize(filename)
57 
58         head_dic={'cmd':cmd,'filename':os.path.basename(filename),'filesize':filesize}
59         print(head_dic)
60         head_json=json.dumps(head_dic)
61         head_json_bytes=bytes(head_json,encoding=self.coding)
62 
63         head_struct=struct.pack('i',len(head_json_bytes))
64         self.socket.send(head_struct)
65         self.socket.send(head_json_bytes)
66         send_size=0
67         with open(filename,'rb') as f:
68             for line in f:
69                 self.socket.send(line)
70                 send_size+=len(line)
71                 print(send_size)
72             else:
73                 print('upload successful')
74 
75 
76 
77 
78 client=MYTCPClient(('127.0.0.1',8080))
79 
80 client.run()

FtpClient

posted @ 2018-02-20 09:45 eric_yi 阅读(299) 评论(0) 编辑收藏举报

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Eric

网络编程路线

一客户端/服务端架构

二 osi七层模型定义

tcp/ip五层模型讲解

三 socket定义

socket层次关系

socket是什么

四套接字原理

一、套接字发展史及分类

二、套接字工作流程

五套接字的实现

一、基于TCP的套接字

二、基于UDP的套接字

六粘包

一、什么是粘包

二、粘包现象

三、解决粘包的方法

七认证客户端的链接合法性

八 socketserver实现并发

公告

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