Python之路【第12章】：Python网络编程

Python网络编程

C/S架构
osi七层
socket层
socket是什么
套接字发展史及分类
套接字工作流程
基于TCP的套接字
基于UDP的套接字
粘包现象
什么是粘包
解决粘包的方法
认证客户端的链接合法性
socketserver模块实现并发

一、C/S架构

　　C/S架构就是客户端/服务器架构，分为硬件C/S架构和软件C/S架构；

　　还有一种是B/S架构，就是浏览器/服务器架构，是C/S架构的一种；

　　C/S架构与socket的关系：学习socket就是为了完成C/S架构的开发；

二、OSI七层模型

　　这块就不具体说了，直接上链接，http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html

　　为何学习socket一定要先学习互联网协议：

　　a.首先：本章内容就是如何基于socket编程，开发一款自己的C/S架构软件；

　　b.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的；

　　c.然后：网络的核心就是一堆协议，协议即标准，想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准；

　　d.最后：从这些标准开始研究，开启socket编程之旅；

三、socket层

　　在上图中，我们没有看到socket的影子，那么它到底在哪里呢，还是上图说话。

四、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/IP协议，socket已经为我们封装好了，我们只要遵循socket的规定去编程即可；

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

View Code

五、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分校版本的Unix，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，这也被称进程间通信，或IPC。

　　套接字分为两种，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：

　　套接字家族的名称：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去数据，两个套接字进程运行在同一个机器，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，它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，所以地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个，python支持很多中地址家族。但是由于我们只关心网络编程，所以大部分时候我们只是用AF_INET）

六、套接字工作流程

　　一个生活场景，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，这是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。

　　流程说明：

　　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了一个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

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
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。

获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

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。
例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

socket()模块函数用法

　　服务端套接字函数：

　　s.bind()　　　　　　#绑定（主机、端口）到套接字；

　　s.listen()　　　　　 #开始TCP监听；

　　s.accept()　　　　　#被动接收TCP客户的连接，（阻塞式）等待连接的到来；

　　客户端套接字函数：

　　c.connect()　　　　 #主动初始化TCP服务连接；

　　c.connext_ex()　　 #connect()函数的扩展版本，出错时会返回出错码，而不是抛出异常；

　　公共用途的套接字函数：

　　sk.recv()　　　　　 #接收TCP数据；

　　sk.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）

　　sk.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）

　　sk.recvfrom()　　　　# 接收UDP数据；

　　sk.sendto()　　　　 #发送UDP数据；

　　sk.getpeername()　　#连接到当前套接字的远端的地址；

　　sk.getsockname()　　#当前套接字的地址；

　　sk.getsockpt()　　　 #返回指定套接字的参数；

　　sk.setsockpt()　　　 #设置指定套接字的参数；

　　sk.close()　　　　　 #关闭套接字；

　　面向锁的套接字方法：

　　sk.setblocking()　　 #设置套接字的阻塞与非阻塞模式；

　　sk.settimeout()　　　 #设置阻塞套接字操作的超时时间；

　　sk.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：

　　sk.fileno()　　　　　　#套接字的文件描述符；

　　sk.makefile()　　　　 #创建一个与该套接字相关的文件；

1：用打电话的流程快速描述socket通信
2：服务端和客户端加上基于一次链接的循环通信
3：客户端发送空，卡主，证明是从哪个位置卡的
服务端：
from socket import *
phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.bind(('127.0.0.1',8081))
phone.listen(5)

conn,addr=phone.accept()
while True:
    data=conn.recv(1024)
    print('server===>')
    print(data)
    conn.send(data.upper())
conn.close()
phone.close()
客户端：
from socket import *

phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1',8081))

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    print('client====>')
    data=phone.recv(1024)
    print(data)

说明卡的原因：缓冲区为空recv就卡住，引出原理图



4.演示客户端断开链接，服务端的情况，提供解决方法

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

6:简单演示udp
服务端
from socket import *
phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
phone.bind(('127.0.0.1',8082))
while True:
    msg,addr=phone.recvfrom(1024)
    phone.sendto(msg.upper(),addr)
客户端
from socket import *
phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
while True:
    msg=input('>>: ')
    phone.sendto(msg.encode('utf-8'),('127.0.0.1',8082))
    msg,addr=phone.recvfrom(1024)
    print(msg)

udp客户端可以并发演示
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

读者勿看：socket实验推演流程

socket实验推演流程

七、基于TCP的套接字

　　TCP是基于连接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去连接服务端。

　　TCP服务端：

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

tcp服务端

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

tcp客户端

　　一个简单的low版套接字通信：

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机


while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    # print(conn)
    # print(addr)
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话

        # 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

        print(msg,type(msg))

        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

    conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

服务端改进版

服务器端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect_ex(ip_port)           #拨电话

while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)

    feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
    print(feedback.decode('utf-8'))

s.close()                                       #挂电话

客户端

　　可能会遇到的问题：

　　这个是由于服务器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：

#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))

方法一

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

八、基于UDP的套接字

　　udp是无连接的，先启动哪一端都不会报错；

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服务端

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

UDP客户端

　　UDP套接字简单示例：

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

udp_server_client.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(msg,addr)

    udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr)

udp服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:continue

    udp_server_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    back_msg,addr=udp_server_client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(back_msg.decode('utf-8'),addr)

udp客户端

　　QQ聊天（由于udp是无连接，所以可以同时多个客户端去跟服务端通信）

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
import socket
ip_port=('127.0.0.1',8081)
udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机
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:33[1;44m%s33[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)

udp服务端

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

qq_name_dic={
    '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
    '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
    '一棵树':('127.0.0.1',8081),
    '武大郎':('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:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

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={
    '狗哥alex':('127.0.0.1',8081),
    '瞎驴':('127.0.0.1',8081),
    '一棵树':('127.0.0.1',8081),
    '武大郎':('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:33[1;44m%s33[0m' %(addr[0],addr[1],back_msg.decode('utf-8')))

udp_client_socket.close()

udp客户端2

九、粘包现象

　　先制作一个ssh远程连接服务器的程序：

　　在此程序中我们需要用到subprocess模块，所以需要先了解一下这个模块，

　　需要注意的是：

　　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；

# by luffycity.com

import socket
import subprocess

server = socket.socket()

server.bind(('127.0.0.1',8008))

server.listen(5)

while True:
    print("server is working.....")
    conn,addr = server.accept()
    # 字节类型
    while True:
        # 针对window系统
        try:
            cmd = conn.recv(1024).decode("utf8") # 阻塞

            if cmd == b'exit':
                break

            res=subprocess.Popen(cmd,
                             shell=True,
                             stderr=subprocess.PIPE,
                             stdout=subprocess.PIPE,
                             )
            # print("stdout",res.stdout.read())
            # print("stderr",res.stderr.read().decode("gbk"))
            out=res.stdout.read()
            err=res.stderr.read()

            print("out响应长度",len(out))
            print("err响应长度",len(err))
            if err:
                 import struct
                 header_pack = struct.pack("i", len(err))
                 conn.send(header_pack)
                 conn.send(err)
            else:
                 #构建报头
                 import struct
                 header_pack=struct.pack("i",len(out))
                 print("header_pack",header_pack)
                 # # 发送报头
                 conn.send(str(len(out)).encode("utf8"))
                 # 发送数据
                 conn.send(out)




        except Exception as e:
            break


    conn.close()

ssh-server服务端

import socket
import struct
sk = socket.socket()

sk.connect(('120.27.12.155',8889))

while 1:
    cmd = input("请输入命令：")
    sk.send(cmd.encode('utf-8')) # 字节
    if cmd=="":
        continue
    if cmd == 'exit':
        break

    # header_pack=sk.recv(4)
    # data_length=struct.unpack("i",header_pack)[0]
    # print("data_length",data_length)
    '''
    b'xxx/xxx/xxx/bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb'
    
    
    '''
    data_length=int(sk.recv(1024).decode("utf8"))
    print("data_length",data_length)

    recv_data_length=0
    recv_data=b""

    while recv_data_length<data_length:
        data=sk.recv(1024)
        recv_data_length+=len(data)
        recv_data+=data

    print(recv_data.decode("gbk"))


sk.close()

ssh-client

十、什么是粘包

　　须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包；

　　粘包的出现：

　　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

　　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

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

　　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

十一、解决粘包的方法

1.方法一：low方法；

　　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

　　low版解决方法：

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

服务端

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

客户端

　　low的原因：

　　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。

2.方法二：通过构建报头方式

　　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。

　　这里我们需要用到struct模块，该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度的bytes；

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)

流程介绍

#_*_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))

struct模块详细用法

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()

服务端（自定义报头）

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

客户端（自定义报头）

　　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：

　　先收报头长度，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

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()

服务端：定制稍微复杂一点的报头

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

客户端

一个周末作业，FTP服务：

#server端
import socketserver
import os
import sys
import struct
import json

class Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):
    home_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__),"home")
    def handle(self):
        print("客户端已连接。")
        head_pack = self.request.recv(4)
        head_length = struct.unpack("i",head_pack)[0]
        basehead_json = self.request.recv(head_length).decode("utf-8")
        basehead = json.loads(basehead_json)

        filename = basehead["filename"].rsplit(".",1)[0]
        filesize = basehead["filesize"]


        if filename+".temp" in os.listdir(self.home_path):
            sfilesize = os.path.getsize(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"))
            server_ack = {"sfilesize":sfilesize,"ack":False}
            server_ack_bytes = json.dumps(server_ack).encode("utf-8")
            self.request.send(server_ack_bytes)
            client_ack = self.request.recv(4)
            if client_ack == b'True':
                start_filelen = 0
                end_filelen = filesize - sfilesize

                with open(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"),"ab") as f:
                    while start_filelen<end_filelen:
                        lenth = end_filelen - start_filelen
                        size = 1024 if lenth>1024 else lenth
                        data = self.request.recv(size)
                        start_filelen+=len(data)
                        f.write(data)
                os.rename(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"),os.path.join(self.home_path,basehead["filename"]))
                print("续传完毕！")
            elif client_ack == b'Fals':
                os.remove(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"))
                start_filelen = 0
                with open(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"),"ab") as f:
                    while start_filelen<filesize:
                        lenth = filesize - start_filelen
                        size = 1024 if lenth>1024 else lenth
                        data = self.request.recv(size)
                        start_filelen+=len(data)
                        f.write(data)
                os.rename(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"), os.path.join(self.home_path,basehead["filename"]))
                print("上传完毕")

        else:
            server_ack = {"sfilesize": None, "ack": True}
            server_ack_bytes = json.dumps(server_ack).encode("utf-8")
            self.request.send(server_ack_bytes)

            start_filelen = 0
            with open(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"), "ab") as f:
                while start_filelen < filesize:
                    lenth = filesize - start_filelen
                    size = 1024 if lenth > 1024 else lenth
                    data = self.request.recv(size)
                    start_filelen += len(data)
                    f.write(data)
            os.rename(os.path.join(self.home_path,filename+".temp"), os.path.join(self.home_path,basehead["filename"]))
            print("上传完毕")




server = socketserver.ThreadingTCPServer(("127.0.0.1",8889,),Myserver)
print("等待客户端连接......")
server.serve_forever()


#client端
import socket
import struct
import os
import json
import time

client = socket.socket()
client.connect(("127.0.0.1",8889,))
print("远程连接成功")

filename = input("请输入要上传的文件名:")
filesize = os.path.getsize(filename)

basehead = {"filename":filename,"filesize":filesize}
basehead_bytes = json.dumps(basehead).encode("utf-8")
basehead_pack = struct.pack("i",len(basehead_bytes))

client.send(basehead_pack)
client.send(basehead_bytes)

server_ack = client.recv(1024).decode("utf-8")
print(server_ack)
server_ack = json.loads(server_ack)
sfilesize = server_ack["sfilesize"]
sack = server_ack["ack"]
if not sack:
    data = input("检测到该文件上次未传送完毕，是否续传？续传(yes),重新上传(no)：")
    if data == "yes":
        client.send(b'True')
        with open(filename,"rb") as f:
            f.seek(sfilesize,0)
            for line in f:
                client.send(line)
        print("续传完毕")
    elif data == "no":
        client.send(b'Fals')
        with open(filename,"rb") as f:
            for line in f:
                client.send(line)
        print("上传完毕")
else:
    with open(filename, "rb") as f:
        for line in f:
            time.sleep(0.5)
            client.send(line)
    print("上传完毕")

上传之断点续传

十二、认证客户端的链接合法性

　　如果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。

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
from socket import *
import hmac,os

secret_key=b'linhaifeng bang bang bang'
def conn_auth(conn):
    '''
    认证客户端链接
    :param conn:
    :return:
    '''
    print('开始验证新链接的合法性')
    msg=os.urandom(32)
    conn.sendall(msg)
    h=hmac.new(secret_key,msg)
    digest=h.digest()
    respone=conn.recv(len(digest))
    return hmac.compare_digest(respone,digest)

def data_handler(conn,bufsize=1024):
    if not conn_auth(conn):
        print('该链接不合法,关闭')
        conn.close()
        return
    print('链接合法,开始通信')
    while True:
        data=conn.recv(bufsize)
        if not data:break
        conn.sendall(data.upper())

def server_handler(ip_port,bufsize,backlog=5):
    '''
    只处理链接
    :param ip_port:
    :return:
    '''
    tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_server.bind(ip_port)
    tcp_socket_server.listen(backlog)
    while True:
        conn,addr=tcp_socket_server.accept()
        print('新连接[%s:%s]' %(addr[0],addr[1]))
        data_handler(conn,bufsize)

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    server_handler(ip_port,bufsize)

服务端

服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
from socket import *
import hmac,os

secret_key=b'linhaifeng bang bang bang'
def conn_auth(conn):
    '''
    验证客户端到服务器的链接
    :param conn:
    :return:
    '''
    msg=conn.recv(32)
    h=hmac.new(secret_key,msg)
    digest=h.digest()
    conn.sendall(digest)

def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
    tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_client.connect(ip_port)

    conn_auth(tcp_socket_client)

    while True:
        data=input('>>: ').strip()
        if not data:continue
        if data == 'quit':break

        tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
        respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
        print(respone.decode('utf-8'))
    tcp_socket_client.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    client_handler(ip_port,bufsize)

客户端（合法）

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
from socket import *

def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
    tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_client.connect(ip_port)

    while True:
        data=input('>>: ').strip()
        if not data:continue
        if data == 'quit':break

        tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
        respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
        print(respone.decode('utf-8'))
    tcp_socket_client.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    client_handler(ip_port,bufsize)

客户端（非法：不知道加密方式）

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Linhaifeng'
from socket import *
import hmac,os

secret_key=b'linhaifeng bang bang bang1111'
def conn_auth(conn):
    '''
    验证客户端到服务器的链接
    :param conn:
    :return:
    '''
    msg=conn.recv(32)
    h=hmac.new(secret_key,msg)
    digest=h.digest()
    conn.sendall(digest)

def client_handler(ip_port,bufsize=1024):
    tcp_socket_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcp_socket_client.connect(ip_port)

    conn_auth(tcp_socket_client)

    while True:
        data=input('>>: ').strip()
        if not data:continue
        if data == 'quit':break

        tcp_socket_client.sendall(data.encode('utf-8'))
        respone=tcp_socket_client.recv(bufsize)
        print(respone.decode('utf-8'))
    tcp_socket_client.close()

if __name__ == '__main__':
    ip_port=('127.0.0.1',9999)
    bufsize=1024
    client_handler(ip_port,bufsize)

客户端（非法：不知道secret_key）

十三、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：

Python之路【第12章】：Python网络编程

Python网络编程

C/S架构

osi七层

socket层

socket是什么

套接字发展史及分类

套接字工作流程

基于TCP的套接字

基于UDP的套接字

粘包现象

什么是粘包

解决粘包的方法

认证客户端的链接合法性

socketserver模块实现并发

一、C/S架构

二、OSI七层模型

三、socket层

四、socket是什么

五、套接字发展史及分类

基于文件类型的套接字家族：

基于网络类型的套接字家族：

六、套接字工作流程

服务端套接字函数：

客户端套接字函数：

公共用途的套接字函数：

面向锁的套接字方法：

面向文件的套接字的函数：

七、基于TCP的套接字

八、基于UDP的套接字

九、粘包现象

十、什么是粘包

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。

十一、解决粘包的方法

1.方法一：low方法；

2.方法二：通过构建报头方式

十二、认证客户端的链接合法性

　　基于文件类型的套接字家族：

　　基于网络类型的套接字家族：

　　服务端套接字函数：

　　客户端套接字函数：

　　公共用途的套接字函数：

　　面向锁的套接字方法：

　　面向文件的套接字的函数：

　　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。