Python进阶---------网络编程

目录

• 一、网络编程常识点
• 二、路由器交换机
• 三、TCP/IP协议
  • 3.1 TCP和UDP的区别
• 四、网络相关模块：
  • 4.1 socket模块
    • 4.11 基于TCP协议的socket
    • 4.12 基于UDP协议的socket
    • 4.13 QQ聊天、时间服务器示例
    • 4.14 socket参数的详解
  • 4.2 subprocess模块
    • 4.2.1 进程通信实例
  • 4.3 struct模块
  • 4.4 socketserver模块
• 五、黏包
  • 5.1基于tcp协议实现的黏包
  • 5.2 基于udp协议实现的黏包
  • 5.3 黏包成因
    • 5.3.1 代码示例
  • 5.4 黏包的解决方案
  • 5.5 解决方案进阶
    • 5.5.1 示例1
    • 5.5.2 示例2
• 六、扩展内容：

一、网络编程常识点

• 架构：
  C/S架构：充分发挥PC机的性能
  B/S架构：统一了应用接口，隶属于C/S架构
  物理地址：mac，全球唯一，类似于一个身份证
  ip地址：四位点分十进制
  （要求：二进制，十六进制，十进制）
  arp协议：通过目标ip地址，获取目标mac地址

• OSI五层模型：
  

• 每层运行的协议：
  应用层 http协议，ftp协议，https协议，py文件
  传输层 tcp/udp协议
  网络层 ip协议
  数据链路层 arp协议
  物理层 传输电信号

• 每层运行常见物理设备：
  传输层：四层交换机、四层的路由器
  网络层：路由器、三层交换机
  数据链路层：网桥、以太网交换机、网卡
  物理层：中继器、集线器、双绞线

二、路由器交换机

• 交换机的通信方式：
  单播：点对点
  组播：点对多（一组，不是指所有）
  广播：向多个pc端发送数据包（吼一嗓子）

• 交换机的功能：
  组成局域网，经过内部处理解析数据，将数据以点对点，点对多的方式发送给目标

• 路由器的功能：
  跨网段的数据传输，路由出网络传输的最佳路径

三、TCP/IP协议

TCP（Transmission Control Protocol）可靠的、面向连接的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；电子邮件、文件传输程序。
UDP（User Datagram Protocol）不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

3.1 TCP和UDP的区别

TCP协议：面向连接的，面向字节流传输，可靠，
UDP协议：无连接，面向数据包，不可靠，快

• TCP协议和UDP协议的区别：
  TCP有三次握手，四次挥手
  三次握手：第一次的请求一定是客户端先发起
  客户端向服务器发送一个连接请求
  服务器回复一个确认接收到请求，并要求连接客户端
  客户端回复服务器一个确认连接的消息
  四次挥手：谁先发起都可以
  客户端先发送一个断开连接的请求
  服务器回复一个确认收到
  服务器回复一个确认断开连接的请求
  客户端回复一个确认收到
  TCP可能会出现粘包情况
  粘包：在数据传输过程中，接收端接收数据时，不知道应该如何接收数据，造成的一个数据混乱的现象
  粘包的原因:
  一个是拆包机制
  一个是合包机制（Nagle算法）
  两个机制都是发生在发送端
  TCP本质上就是只允许在同一时间，一个服务器和一个客户端保持连接
  UDP允许一个服务器和多个客户端同时通信

四、网络相关模块：

socket模块 ：套接字，网络传输数据，处于应用层和传输层之间的一个抽象层
subprocess模块 ：Popen方法：执行操作系统命令的
struct模块：pack和unpack方法
socketserver模块 内置模块

4.1 socket模块

socket概念：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。

• socket套接字类型：
  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)

• socket使用方法：

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
s.sendall()         发送TCP数据
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

4.11 基于TCP协议的socket

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

• server端

import socket
from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
sk = socket.socket()
sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)  #重用ip和端口
sk.bind(('127.0.0.1',8898))               #把地址绑定到套接字
sk.listen()                               #监听链接
conn,addr = sk.accept()                   #接受客户端链接
ret = conn.recv(1024)                     #接收客户端信息
print(ret)                                #打印客户端信息
conn.send(b'hi')                          #向客户端发送信息
conn.close()                              #关闭客户端套接字
sk.close()                                #关闭服务器套接字(可选)

• client端

import socket
sk = socket.socket()           # 创建客户套接字
sk.connect(('127.0.0.1',8898))    # 尝试连接服务器
sk.send(b'hello!')
ret = sk.recv(1024)         # 对话(发送/接收)
print(ret)
sk.close()            # 关闭客户套接字

4.12 基于UDP协议的socket

udp是无链接的，启动服务之后可以直接接受消息，不需要提前建立链接

简单使示例：

• server端

import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #创建一个服务器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #绑定服务器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 对话(接收与发送)
udp_sk.close()                         # 关闭服务器套接字

• client端

import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
udp_sk.sendto(b'hello',ip_port)
back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024)
print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

4.13 QQ聊天、时间服务器示例

• 示例1：QQ聊天

- server
#_*_coding:utf-8_*_
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
udp_server_sock.bind(ip_port)

while True:
    qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024)
    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')))
    back_msg=input('回复消息: ').strip()

    udp_server_sock.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)



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

qq_name_dic={
    '金老板':('127.0.0.1',8081),
    '哪吒':('127.0.0.1',8081),
    'egg':('127.0.0.1',8081),
    'yuan':('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,输入q结束和他的聊天: ').strip()
        if msg == 'q':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()

• 示例2：时间服务器

- server:
# _*_coding:utf-8_*_
from socket import *
from time import strftime

ip_port = ('127.0.0.1', 9000)
bufsize = 1024

tcp_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
tcp_server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
tcp_server.bind(ip_port)

while True:
    msg, addr = tcp_server.recvfrom(bufsize)
    print('===>', msg)

    if not msg:
        time_fmt = '%Y-%m-%d %X'
    else:
        time_fmt = msg.decode('utf-8')
    back_msg = strftime(time_fmt)

    tcp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'), addr)

tcp_server.close()



- client：
#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)



while True:
    msg=input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
    tcp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    data=tcp_client.recv(bufsize)

4.14 socket参数的详解

socket.socket(family=AF_INET,type=SOCK_STREAM,proto=0,fileno=None)
创建socket对象的参数说明：

4.2 subprocess模块

subprocess模块 ：Popen方法：执行操作系统命令的
即允许你去创建一个新的进程让其执行另外的程序，并与它进行通信，获取标准的输入、标准输出、标准错误以及返回码等。
注意：使用这个模块之前要先引入该模块。

• Popen类
  subprocess模块中定义了一个Popen类，通过它可以来创建进程，并与其进行复杂的交互。查看一下它的构造函数：
  init(self, args, bufsize=0, executable=None,
  stdin=None, stdout=None, stderr=None, preexec_fn=None,
  close_fds=False, shell=False, cwd=None, env=None,
  universal_newlines=False, startupinfo=None,
  creationflags=0)

• 主要参数说明：
  args：args should be a string, or a sequence of program arguments.也就是说必须是一个字符串或者序列类型（如：字符串、list、元组），用于指定进程的可执行文件及其参数。如果是一个序列类型参数，则序列的第一个元素通常都必须是一个可执行文件的路径。当然也可以使用executeable参数来指定可执行文件的路径。

stdin,stdout,stderr：分别表示程序的标准输入、标准输出、标准错误。有效的值可以是PIPE，存在的文件描述符，存在的文件对象或None，如果为None需从父进程继承过来，stdout可以是PIPE，表示对子进程创建一个管道，stderr可以是STDOUT，表示标准错误数据应该从应用程序中捕获并作为标准输出流stdout的文件句柄。

shell：如果这个参数被设置为True，程序将通过shell来执行。
env：它描述的是子进程的环境变量。如果为None，子进程的环境变量将从父进程继承而来。

• 创建Popen类的实例对象
  res = subprocess.Popen(cmd, shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.STDOUT)
  cmd：标准像子进程传入需要执行的shell命令，如：ls -al

subprocess.PIPE：在创建Popen对象时，subprocess.PIPE可以初始化为stdin, stdout或stderr的参数，表示与子进程通信的标准输入流，标准输出流以及标准错误。

subprocess.STDOUT：作为Popen对象的stderr的参数，表示将标准错误通过标准输出流输出。

• Popen类拥有的方法及属性
  1、Popen.pid
  获取子进程的进程ID。

2、Popen.returncode

获取进程的返回码。如果进程未结束，将返回None。

3、communicate(input=None)

官方解释：communicate() returns a tuple (stdout, stderr).

与子进程进行交互，像stdin发送数据，并从stdout和stderr读出数据存在一个tuple中并返回。
参数input应该是一个发送给子进程的字符串，如果未指定数据，将传入None。

4、poll()
检查子进程是否结束，并返回returncode属性。

5、wait()

Wait for child process to terminate. Returns returncode attribute.
等待子进程执行结束，并返回returncode属性，如果为0表示执行成功。

6、send_signal( sig)

Send a signal to the process
发送信号给子进程。

7、terminate()

Terminates the process
终止子进程。windows下将调用Windows API TerminateProcess（）来结束子进程。

8、kill()

官方文档对这个函数的解释跟terminate()是一样的，表示杀死子进程。

4.2.1 进程通信实例

打开一个只有ip地址的文本文件，读取其中的ip，然后进行ping操作，并将ping结果写入ping.txt文件中。
首先创建一个子进程res，传入要执行的shell命令，并获得标准输出流、返回码等。

• 示例1：

import subprocess
import os
class Shell(object) :
 def runCmd(self, cmd) :
  res = subprocess.Popen(cmd, shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.STDOUT)
  sout ,serr = res.communicate() 
  return res.returncode, sout, serr, res.pid
 
shell = Shell()
fp = open('c:\\test\\ip.txt', 'r')
ipList = fp.readlines()
fp.close()
fp = open('c:\\test\\ping.txt', 'a')
print ipList
for i in ipList :
 i = i.strip()
 result = shell.runCmd('ping ' + i)
 if result[0] == 0 :
  w = i + ' : 0'
  fp.write(w + '\n')
 else :
  w = i + ' : 1'
  fp.write(w + '\n')
 
fp.close()
执行结果：

• 示例2：
  命令交互，不断从键盘接受命令执行，给出执行结果，直到用户输入exit或者bye退出命令交互。

import subprocess
class Shell(object) :
 def runCmd(self, cmd) :
  res = subprocess.Popen(cmd, shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.STDOUT)
  sout ,serr = res.communicate()   
  return res.returncode, sout, serr, res.pid
 
shell = Shell()
while 1 :
 input = raw_input('>')
 if input == 'exit' or input == 'bye' :
  break
 else :
  result = shell.runCmd(input)
  print "返回码：", result[0]
  print "标准输出：", result[1]
  print "标准错误：", result[2]

在Windows上也可以使用os.system()这个函数来执行一些dos命令，但是这个命令只能拿到返回码，拿不到标准输出，标准错误，所以通常使用的subprocess模块中的Popen类来实现。

4.3 struct模块

该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes

• 示例1：

>>> struct.pack('i',1111111111111)

struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围

• 示例2：

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)

• 示例3：

#_*_coding:utf-8_*_
#http://www.cnblogs.com/coser/archive/2011/12/17/2291160.html
__author__ = 'Linhaifeng'
import struct
import binascii
import ctypes

values1 = (1, 'abc'.encode('utf-8'), 2.7)
values2 = ('defg'.encode('utf-8'),101)
s1 = struct.Struct('I3sf')
s2 = struct.Struct('4sI')

print(s1.size,s2.size)
prebuffer=ctypes.create_string_buffer(s1.size+s2.size)
print('Before : ',binascii.hexlify(prebuffer))
# t=binascii.hexlify('asdfaf'.encode('utf-8'))
# print(t)


s1.pack_into(prebuffer,0,*values1)
s2.pack_into(prebuffer,s1.size,*values2)

print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))
print(s1.unpack_from(prebuffer,0))
print(s2.unpack_from(prebuffer,s1.size))

s3=struct.Struct('ii')
s3.pack_into(prebuffer,0,123,123)
print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer))
print(s3.unpack_from(prebuffer,0))

4.4 socketserver模块

socketserver这个模块主要是为了解决：TCP协议中，服务器不能同时连接多个客户端的问题
socketserver是处于socket抽象层和应用层之间的一层，比socket更贴近用户

• 示例：
• client端:

import socket
sk = socket.socket()
sk.connect(('127.0.0.1',8080))

msg_s = input('>>>')
sk.send(msg_s.encode('utf-8'))

print(sk.recv(1024).decode('utf-8'))

sk.close()

• server端:

import socketserver

class MySocket(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):                                         # 这个方法的名字是固定的，必须是这个名字
        # 收发的逻辑代码
        # self.request == conn
        msg = self.request.recv(1024).decode('utf-8')
        print(msg)
        self.request.send(msg.upper().encode('utf-8'))

server = socketserver.TCPServer(('127.0.0.1',8080),MySocket)  # 固定的
server.serve_forever()                                        # 开启一个永久性的服务

五、黏包

黏包现象
让我们基于tcp先制作一个远程执行命令的程序（命令ls -l ; lllllll ; pwd）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

• 示例1：

res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)

注意：同时执行多条命令之后，得到的结果很可能只有一部分，在执行其他命令的时候又接收到之前执行的另外一部分结果，这种显现就是黏包。

5.1基于tcp协议实现的黏包

• 示例1：
• server端

#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
import subprocess

ip_port=('127.0.0.1',8888)
BUFSIZE=1024

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)

while True:
    conn,addr=tcp_socket_server.accept()
    print('客户端',addr)

    while True:
        cmd=conn.recv(BUFSIZE)
        if len(cmd) == 0:break

        res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
                         stdout=subprocess.PIPE,
                         stdin=subprocess.PIPE,
                         stderr=subprocess.PIPE)

        stderr=res.stderr.read()
        stdout=res.stdout.read()
        conn.send(stderr)
        conn.send(stdout)

• client端

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8888)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break

    s.send(msg.encode('utf-8'))
    act_res=s.recv(BUFSIZE)

    print(act_res.decode('utf-8'),end='')

5.2 基于udp协议实现的黏包

示例2：

• server端

#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
import subprocess

ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udp_server.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    #收消息
    cmd,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
    print('用户命令----->',cmd)

    #逻辑处理
    res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,stderr=subprocess.PIPE,stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE)
    stderr=res.stderr.read()
    stdout=res.stdout.read()

    #发消息
    udp_server.sendto(stderr,addr)
    udp_server.sendto(stdout,addr)
udp_server.close()

• clinet端:

from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',9000)
bufsize=1024

udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)


while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)
    err,addr=udp_client.recvfrom(bufsize)
    out,addr=udp_client.recvfrom(bufsize)
    if err:
        print('error : %s'%err.decode('utf-8'),end='')
    if out:
        print(out.decode('utf-8'), end='')

注意：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

5.3 黏包成因

TCP协议中的数据传递
1、tcp协议的拆包机制
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。
MTU是Maximum Transmission Unit的缩写。意思是网络上传送的最大数据包。MTU的单位是字节。 大部分网络设备的MTU都是1500。如果本机的MTU比网关的MTU大，大的数据包就会被拆开来传送，这样会产生很多数据包碎片，增加丢包率，降低网络速度。

2、面向流的通信特点和Nagle算法
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。
对于空消息：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），也可以被发送，udp协议会帮你封装上消息头发送过去。
可靠黏包的tcp协议：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。

3、基于tcp协议特点的黏包现象成因

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。

4、socket数据传输过程中的用户态与内核态说明

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

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。

5、UDP不会发生黏包
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。
对于空消息：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），也可以被发送，udp协议会帮你封装上消息头发送过去。

不可靠不黏包的udp协议：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。
补充说明：
用UDP协议发送时，用sendto函数最大能发送数据的长度为：65535- IP头(20) – UDP头(8)＝65507字节。用sendto函数发送数据时，如果发送数据长度大于该值，则函数会返回错误。（丢弃这个包，不进行发送）

用TCP协议发送时，由于TCP是数据流协议，因此不存在包大小的限制（暂不考虑缓冲区的大小），这是指在用send函数时，数据长度参数不受限制。而实际上，所指定的这段数据并不一定会一次性发送出去，如果这段数据比较长，会被分段发送，如果比较短，可能会等待和下一次数据一起发送。

6.会发生黏包的两种情况
情况一 发送方的缓存机制
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）

5.3.1 代码示例

• 示例1：
• server:

#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)


conn,addr=tcp_socket_server.accept()


data1=conn.recv(10)
data2=conn.recv(10)

print('----->',data1.decode('utf-8'))
print('----->',data2.decode('utf-8'))

conn.close()

• client端:

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8080)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)


s.send('hello'.encode('utf-8'))
s.send('egg'.encode('utf-8'))

• 示例2：情况二 接收方的缓存机制
  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）

• server端:

#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',8080)

tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_socket_server.bind(ip_port)
tcp_socket_server.listen(5)


conn,addr=tcp_socket_server.accept()


data1=conn.recv(2) #一次没有收完整
data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的

print('----->',data1.decode('utf-8'))
print('----->',data2.decode('utf-8'))

conn.close()

• client端:

#_*_coding:utf-8_*_
import socket
BUFSIZE=1024
ip_port=('127.0.0.1',8080)

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(ip_port)


s.send('hello egg'.encode('utf-8'))

总结：
黏包现象只发生在tcp协议中：
1.从表面上看，黏包问题主要是因为发送方和接收方的缓存机制、tcp协议面向流通信的特点。
2.实际上，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

5.4 黏包的解决方案

解决方案一
问题的根源在于，接收端不知道发送端将要传送的字节流的长度，所以解决粘包的方法就是围绕，如何让发送端在发送数据前，把自己将要发送的字节流总大小让接收端知晓，然后接收端来一个死循环接收完所有数据。

• 示例1：
• server端:

#_*_coding:utf-8_*_
import socket,subprocess
ip_port=('127.0.0.1',8080)
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

s.bind(ip_port)
s.listen(5)

while True:
    conn,addr=s.accept()
    print('客户端',addr)
    while True:
        msg=conn.recv(1024)
        if not msg:break
        res=subprocess.Popen(msg.decode('utf-8'),shell=True,\
                            stdin=subprocess.PIPE,\
                         stderr=subprocess.PIPE,\
                         stdout=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()
        if err:
            ret=err
        else:
            ret=res.stdout.read()
        data_length=len(ret)
        conn.send(str(data_length).encode('utf-8'))
        data=conn.recv(1024).decode('utf-8')
        if data == 'recv_ready':
            conn.sendall(ret)
    conn.close()

• client端:

#_*_coding:utf-8_*_
import socket,time
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break

    s.send(msg.encode('utf-8'))
    length=int(s.recv(1024).decode('utf-8'))
    s.send('recv_ready'.encode('utf-8'))
    send_size=0
    recv_size=0
    data=b''
    while recv_size < length:
        data+=s.recv(1024)
        recv_size+=len(data)


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

存在的问题：程序的运行速度远快于网络传输速度，所以在发送一段字节前，先用send去发送该字节流长度，这种方式会放大网络延迟带来的性能损耗

5.5 解决方案进阶

刚刚的方法，问题在于我们我们在发送数据

我们可以借助一个struct模块，这个模块可以把要发送的数据长度转换成固定长度的字节。这样客户端每次接收消息之前只要先接受这个固定长度字节的内容看一看接下来要接收的信息大小，那么最终接受的数据只要达到这个值就停止，就能刚好不多不少的接收完整的数据了。

5.5.1 示例1

• server端:

import socket,struct,json
import subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加

phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

while True:
    conn,addr=phone.accept()
    while True:
        cmd=conn.recv(1024)
        if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd)

        res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                             shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()
        print(err)
        if err:
            back_msg=err
        else:
            back_msg=res.stdout.read()


        conn.send(struct.pack('i',len(back_msg))) #先发back_msg的长度
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容

    conn.close()

• clinet端:

#_*_coding:utf-8_*_
import socket,time,struct

s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
res=s.connect_ex(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    if msg == 'quit':break

    s.send(msg.encode('utf-8'))



    l=s.recv(4)
    x=struct.unpack('i',l)[0]
    print(type(x),x)
    # print(struct.unpack('I',l))
    r_s=0
    data=b''
    while r_s < x:
        r_d=s.recv(1024)
        data+=r_d
        r_s+=len(r_d)

    # print(data.decode('utf-8'))
    print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

5.5.2 示例2

• server服务端：定制稍微复杂一点的报头

import socket,struct,json
import subprocess
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加

phone.bind(('127.0.0.1',8080))

phone.listen(5)

while True:
    conn,addr=phone.accept()
    while True:
        cmd=conn.recv(1024)
        if not cmd:break
        print('cmd: %s' %cmd)

        res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                             shell=True,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             stderr=subprocess.PIPE)
        err=res.stderr.read()
        print(err)
        if err:
            back_msg=err
        else:
            back_msg=res.stdout.read()

        headers={'data_size':len(back_msg)}
        head_json=json.dumps(headers)
        head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8')

        conn.send(struct.pack('i',len(head_json_bytes))) #先发报头的长度
        conn.send(head_json_bytes) #再发报头
        conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容

    conn.close()

• client端:

from socket import *
import struct,json

ip_port=('127.0.0.1',8080)
client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(ip_port)

while True:
    cmd=input('>>: ')
    if not cmd:continue
    client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8'))

    head=client.recv(4)
    head_json_len=struct.unpack('i',head)[0]
    head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8'))
    data_len=head_json['data_size']

    recv_size=0
    recv_data=b''
    while recv_size < data_len:
        recv_data+=client.recv(1024)
        recv_size+=len(recv_data)

    print(recv_data.decode('utf-8'))
    #print(recv_data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

六、扩展内容：

unsigned 代表无符号
有符号int 和 无符号int的区别
有符号表示的是1个字节，8位，最高位是符号位，所以有符号的变量，一个字节表示范围：-128~127
无符号表示的是1个字节，8位，所有位都是数值，所以无符号的便利，一个字节表示范围：0-255

float和double
float表示单精度，一般的操作系统中表示为，将数值准确到小数点后 7~8位
double表示双精度，一般的操作系统中表示为，将数值准确到小数点后15~16位

void 指的是无返回值类型，在python中没有这种类型的数据

  *    表示的是一级指针，指针的意思是：指向某一块内存地址

send 如果无法一次把数据发送出去，解释器就分开多次将数据发送出去
send()的返回值是发送的字节数量，这个数量值可能小于要发送的string的字节数，也就是说可能无法发送string中所有的数据。如果有错误则会抛出异常。
sendall 尝试一次将所有数据发送出去
尝试发送string的所有数据，成功则返回None，失败则抛出异常。