day8_python网络编程(实验版本)

1、简单的套接字通信

1.1、服务端

import socket

# 买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 插卡
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
# 开机
phone.listen(5)
# 等电话链接
print('server start...')
conn, client_addr = phone.accept()  # (tcp链接,client_addr)
print('链接：', conn)
print(client_addr)

# 基于建立的链接，收发消息
client_data = conn.recv(1024)
print('客户端的消息', client_data)
conn.send(client_data.upper())

# 挂电话链接
conn.close()

# 关机
phone.close()

1.2、客户端　

import socket

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

phone.send('hello'.encode('utf-8'))
server_data = phone.recv(1024)
print('服务端回应的消息', server_data)

phone.close()

2、加上通信循环的套接字

 2.1、服务端

import socket
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)
print('server start...')
conn,client_addr=phone.accept()

while True: #通讯循环
    client_data=conn.recv(1024)
    # print('has rev')
    conn.send(client_data.upper())

conn.close()

phone.close()

2.2、客户端　　

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    # print('====>has send')
    server_data=phone.recv(1024)
    # print('====>has recv')
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

3、加上链接的通信循环

　　问题：同一时间内，只能建立一条TCP链接，其它链接会被挂起

3.1、服务端

import socket

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)
print('server start...')
while True:  # 链接循环
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(conn, client_addr)

    while True:  # 通讯循环
        try:
            client_data = conn.recv(1024)
            if not client_data: break  # 针对linux系统
            # print('has rev')
            conn.send(client_data.upper())
        except Exception:  # 针对windwos
            break
    conn.close()

3.2、客户端

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    # print('====>has send')
    server_data=phone.recv(1024)
    # print('====>has recv')
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    # print('====>has send')
    server_data=phone.recv(1024)
    # print('====>has recv')
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    # print('====>has send')
    server_data=phone.recv(1024)
    # print('====>has recv')
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

 

4、模拟SSH远程执行命令　

注意：由于接受发送只能是1024，会出现粘包的问题

4.1、服务端

import socket
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)
print('server start...')
while True:  # 链接循环
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(conn, client_addr)

    while True:  # 通讯循环
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            if not cmd: break

            # 执行命令，拿到结果
            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                                   shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)

            stdout = res.stdout.read()    #命令执行正确结果
            stderr = res.stderr.read()    #命令执行错误结果

            conn.send(stdout + stderr)   #回给客户端的执行结果内容，保存在管道里的内容是bytes格式的，直接可以发送给客户端
        except Exception:  # 针对windwos
            break
    conn.close()

phone.close()

4.2、客户端　　

import socket

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

while True:
    cmd = input('>>: ').strip()
    if not cmd: continue
    # 发命令
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))

    # 收命令的执行结果
    cmd_res = phone.recv(1024)

    # 打印结果
    print(cmd_res.decode('gbk'))

phone.close()

5、什么是粘包　　

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何？

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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。

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）

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
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()

服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
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('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） 

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
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()

服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
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 feng'.encode('utf-8'))

客户端

6、解决粘包问题（模拟ssh）+包头定制

6.1、服务端

import socket
import struct  #struct模块用来把数字打成固定的长度，struct.pack('i',1231)，i表示int类型四个字节
import subprocess
import json

'''
struct的用法
>>> import struct
>>> struct.pack('i',231231)
b'?x87x03x00'
>>> res
KeyboardInterrupt
>>> res=struct.pack('i',231231)
>>> len(res)
4
>>> struct.unpack('i',res)
(231231,)
>>> struct.unpack('i',res)[0]
231231
>>>


'''

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)
print('server start...')
while True:  # 链接循环
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(conn, client_addr)

    while True:  # 通讯循环
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            if not cmd: break

            # 执行命令，拿到结果
            res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
                                   shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)

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

            # 制作报头
            header_dic = {'total_size': len(stdout) + len(stderr), 'md5': None}
            header_json = json.dumps(header_dic)
            header_bytes = header_json.encode('utf-8')

            # 1 先发报头的长度（固定4个bytes）
            conn.send(struct.pack('i', len(header_bytes)))

            # 2 先发报头
            conn.send(header_bytes)

            # 3 再发真实的数据
            conn.send(stdout)
            conn.send(stderr)

        except Exception:  # 针对windwos
            break
    conn.close()

phone.close() 

6.2、客户端　　

import socket
import struct
import json

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

while True:
    cmd = input('>>: ').strip()
    if not cmd: continue
    # 发命令
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))

    # 先收报头的长度
    struct_res = phone.recv(4)
    header_size = struct.unpack('i', struct_res)[0]

    # 再收报头
    header_bytes = phone.recv(header_size)
    head_json = header_bytes.decode('utf-8')
    head_dic = json.loads(head_json)

    total_size = head_dic['total_size']
    # 再收命令的执行结果
    recv_size = 0
    data = b''
    while recv_size < total_size:
        recv_data = phone.recv(1024)
        recv_size += len(recv_data)
        data += recv_data

    # 打印结果
    print(data.decode('gbk'))

phone.close()

6.3、关于struct的详细用法

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)

#_*_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))

关于struct的详细用法

7、socketserver实现并发

7.1、服务端　

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    server_data=phone.recv(1024)
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

7.2、客户端　　

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    server_data=phone.recv(1024)
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    server_data=phone.recv(1024)
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()

import socket
phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    server_data=phone.recv(1024)
    print(server_data.decode('utf-8'))

phone.close()