python之socket編程

時間 2019-12-13

標籤 python socket 編程欄目 Python 简体版

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客戶端&服務端架構

　　c/s架構: 即python

　　1.硬件C/S架構(打印機)web

　　2.軟件C/S架構(web服務)算法

　　socket給咱們提供了一個接入c/s架構的接口，至於傳輸層使用的協議取決於咱們socket接口使用的協議編程

socket

　　socket是應用層與TCP/IP協議族通訊的中間軟件抽象層,它是一組接口.在設計模式中,socket其實就是一個門面模式,它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在socket接口後面,對用戶來講,一組簡單的接口就是所有,讓socket去組織數據,以符合指定的協議設計模式

　　因此,咱們無需深刻理解TCP/UDP協議,socket已經爲咱們封裝好了,咱們只須要遵循socket的規定去編程,寫出的程序天然就是遵循tcp/udp標準緩存

套接字家族

基於文件類型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_UNIX服務器

unix一切皆文件，基於文件的套接字調用的就是底層的文件系統來取數據，兩個套接字進程運行在同一機器，能夠經過訪問同一個文件系統間接完成通訊網絡

基於網絡類型的套接字家族

套接字家族的名字：AF_INET數據結構

(還有AF_INET6被用於ipv6，還有一些其餘的地址家族，不過，他們要麼是隻用於某個平臺,要麼就是已經被廢棄，或者是不多被使用，或者是根本沒有實現，全部地址家族中，AF_INET是使用最普遍的一個，python支持不少種地址家族)架構

套接字工做流程

　　服務器端先初始化Socket, 而後與端口綁定(bind), 對端口進行監聽(listen), 調用accept阻塞, 等待客戶端鏈接. 在這時若是有個客戶端初始化一個Socket, 而後鏈接服務器(connect), 若是鏈接成功, 這時客戶端與服務器端的鏈接就創建了. 客戶端發送數據請求, 服務器端接收請求並處理請求, 而後把迴應數據發送給客戶端, 客戶端讀取數據, 最後關閉鏈接, 一次交互結束

from socket import *    ##服務端
ip_port =("127.0.0.1",8082)
back_log = 5    #設定鏈接池的大小
buffer_size = 1024

phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)#建立服務端套接字
phone.bind(ip_port)     #綁定地址
phone.listen(back_log)   #監聽連接
while True:#外層循環用來接收不一樣的連接
    print("服務端開始運行了！")
    conn,addr = phone.accept()  #接收客戶端連接
    print("雙向連接是",conn)
    print("客戶端地址",addr)

    while True:#內層循環用來基於一次連接循環通訊
        try:
            msg = conn.recv(buffer_size )  #接收客戶端消息
            print("客服端發來消息：",msg.decode("utf-8"))
            conn.send(msg.upper())   #發送消息至客戶端
        except Exception:#異常處理用於該次通訊退出結束該次連接
            break
    conn.close()#關閉客戶端套接字

phone.close()   #關閉服務端套接字

客戶端

 1 from socket import *
 2 ip_port = ("127.0.0.1",8082)
 3 back_log = 5
 4 buffer_size = 1024
 5 
 6 phone = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)   #建立客戶端套接字
 7 phone.connect(ip_port)    #嘗試連接服務端
 8 
 9 while True:#通信循環
10     use_choose = input("請輸入信息》》》：").strip()
11     if not use_choose:continue
12     phone.send(use_choose.encode("utf-8"))  #發送消息至服務端
13     print("客戶端已發送消息！")
14     date = phone.recv(buffer_size)    #接收服務端返回的消息
15     print("收到服務端發來的消息：",date.decode("utf-8"))
16 phone.close()     #關閉客戶端套接字

注意:在關閉掉服務端後短期內重啓可能會遇到

這個是因爲你的服務端仍然存在四次揮手的time_wait狀態在佔用地址

1 #加入一條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))

UDP協議的套接字

　　服務端: 基於UDP協議的套接字服務端與TCP協議下的套接字服務端不一樣,UDP協議的服務端沒有鏈接池, 能夠實現即時通訊,同時與多人通訊

1 #服務端
2 ss = socket()   #建立一個服務器的套接字
3 ss.bind()       #綁定服務器套接字
4 inf_loop:       #服務器無限循環
5      cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 對話(接收與發送)
6 ss.close()                         # 關閉服務器套接字

客戶端

1 cs = socket()   # 建立客戶套接字
2 comm_loop:      # 通信循環
3     cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 對話(發送/接收)
4 cs.close()                      # 關閉客戶套接字

簡單示例:

時間服務器

 1 服務端
 2 from  socket import *
 3 import time
 4 ip_port = ("127.0.0.1",8080)
 5 buffer_size = (1024)
 6 servier_clint = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#建立服務器套接字
 7 servier_clint.bind(ip_port)   #綁定服務器套接字
 8 
 9 while True:
10     print("等待用戶接入")
11     date,addr=servier_clint.recvfrom(buffer_size)  #接收客戶端消息
12     if  not date:
13         fmt = "%Y-%m-%d-%X"
14     else:
15         fmt = date.decode("utf-8")
16     date = time.strftime(fmt)
17     servier_clint.sendto(date.encode("utf-8"),addr)
18 
19 
20 客戶端
21 from  socket import *
22 ip_port = ("127.0.0.1",8080)
23 buffer_size = (1024)
24 user_clint = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
25 
26 
27 while True:
28     use_choose = input("請輸入》》").strip()
29     user_clint.sendto(use_choose.encode("utf-8"),ip_port)
30 
31     date,addr = user_clint.recvfrom(buffer_size)
32     print(date.decode("utf-8"))

recv與recvfrom的區別

發消息，都是將數據發送到己端的發送緩衝中，收消息都是從己端的緩衝區中收

tcp：send發消息，recv收消息

udp：sendto發消息，recvfrom收消息

1.tcp協議：

（1）若是收消息緩衝區裏的數據爲空，那麼recv就會阻塞

（2）tcp基於連接通訊，若是一端斷開了連接，那另一端的連接也跟着結束recv將不會阻塞，收到的是空

客戶端發送爲空，測試結果--->驗證:（1）

客戶端直接終止程序，測試結果--->驗證:（2）

 1 import subprocess
 2 from socket import *
 3 
 4 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)        #服務端
 5 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
 6 phone.bind(('127.0.0.1',8080))
 7 phone.listen(5)
 8 
 9 conn,addr=phone.accept()
10 
11 while True:
12     data=conn.recv(1024)
13     print('from client msg is ',data)
14     conn.send(data.upper())

 1 import subprocess
 2 from socket import *
 3 
 4 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)     #客戶端
 5 phone.connect(('127.0.0.1',8080))
 6 
 7 
 8 while True:
 9     msg=input('>>: ')
10     phone.send(msg.encode('utf-8'))
11     print('Client message has been sent')
12 
13     data=phone.recv(1024)
14     print('from server msg is ',data.decode('utf-8'))
15 phone.close()

2.udp協議

（1）若是若是收消息緩衝區裏的數據爲「空」，recvfrom不會阻塞

（2）recvfrom收的數據小於sendinto發送的數據時，數據丟失

（3）只有sendinto發送數據沒有recvfrom收數據，數據丟失

客戶端發送空，看服務端結果--->驗證（1）

 1 from socket import *
 2 
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)    #服務端
 7 udp_server.bind(ip_port)
 8 
 9 while True:
10     data1,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
11     print(data1)

　　分別運行服務端，客戶端--->驗證（2）

 1 from socket import *
 2 
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)   #服務端
 7 udp_server.bind(ip_port)
 8 
 9 data1,addr=udp_server.recvfrom(1)
10 print('第一次收了 ',data1)
11 data2,addr=udp_server.recvfrom(1)
12 print('第二次收了 ',data2)
13 data3,addr=udp_server.recvfrom(1)
14 print('第三次收了 ',data3)
15 print('--------結束----------')

1 from socket import *
2 ip_port=('127.0.0.1',9003)
3 bufsize=1024
4 
5 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#客戶端
6 
7 udp_client.sendto(b'hello',ip_port)
8 udp_client.sendto(b'world',ip_port)
9 udp_client.sendto(b'egon',ip_port)

　　不運行服務端，單獨運行客戶端，一點問題沒有，可是消息丟了--->驗證（3）

 1 from socket import *
 2 
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)    #服務端
 7 udp_server.bind(ip_port)
 8 
 9 data1,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
10 print('第一次收了 ',data1)
11 data2,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
12 print('第二次收了 ',data2)
13 data3,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
14 print('第三次收了 ',data3)
15 print('--------結束----------')

 1 from socket import *
 2 import time
 3 ip_port=('127.0.0.1',9003)
 4 bufsize=1024
 5 
 6 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#客戶端
 7 
 8 udp_client.sendto(b'hello',ip_port)
 9 udp_client.sendto(b'world',ip_port)
10 udp_client.sendto(b'egon',ip_port)
11 
12 print('客戶端發完消息啦')
13 time.sleep(100)

　　注意:

　　1.你單獨運行上面的udp的客戶端, 你發現並不會報錯, 相反tcp卻會報錯,由於udp協議只負責把包發出去,對方收不收,我根本無論,而tcp是基於鏈接的,必須有一個服務端先運行着,客戶端去跟服務端創建連接而後依託於連接才能傳遞消息,任何一方視圖把連接摧毀都會致使對方程序的崩潰

　　2.上面的udp程序,你註釋任何一條客戶端的sendinto,服務端都會卡住,爲何?由於服務端有幾個recvfrom就要對應幾個sendinto,哪怕是sendinto(b" ")那也要有

3.總結：

1.udp的sendinto不用管是否有一個正在運行的服務端，能夠己端一個勁的發消息

2.udp的recvfrom是阻塞的，一個recvfrom(x)必須對一個一個sendinto(y),收完了x個字節的數據就算完成,如果y>x數據就丟失，這意味着udp根本不會粘包，可是會丟數據，不可靠

3.tcp的協議數據不會丟，己端老是在收到ack時纔會清除緩衝區內容。數據是可靠的，可是會粘包。

粘包

　　首先明白一點，socket不論是服務端仍是客戶端收發消息都是首先與各自的內核態進行交互，而後再經過網卡進行數據傳輸

發送端能夠是一K一K地發送數據，而接收端的應用程序能夠兩K兩K地提走數據，固然也有可能一次提走3K或6K數據，或者一次只提走幾個字節的數據，也就是說，應用程序所看到的數據是一個總體，或說是一個流（stream），一條消息有多少字節對應用程序是不可見的，所以TCP協議是面向流的協議，這也是容易出現粘包問題的緣由。而UDP是面向消息的協議，每一個UDP段都是一條消息，應用程序必須以消息爲單位提取數據，不能一次提取任意字節的數據，這一點和TCP是很不一樣的。怎樣定義消息呢？能夠認爲對方一次性write/send的數據爲一個消息，須要明白的是當對方send一條信息的時候，不管底層怎樣分段分片，TCP協議層會把構成整條消息的數據段排序完成後才呈如今內核緩衝區。

例如基於tcp的套接字客戶端往服務端上傳文件，發送時文件內容是按照一段一段的字節流發送的，在接收方看了，根本不知道該文件的字節流從何處開始，在何處結束

所謂粘包問題主要仍是由於接收方不知道消息之間的界限，不知道一次性提取多少字節的數據所形成的。

此外，發送方引發的粘包是由TCP協議自己形成的，TCP爲提升傳輸效率，發送方每每要收集到足夠多的數據後才發送一個TCP段。若連續幾回須要send的數據都不多，一般TCP會根據優化算法把這些數據合成一個TCP段後一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包數據。

1. TCP（transport control protocol，傳輸控制協議）是面向鏈接的，面向流的，提供高可靠性服務。收發兩端（客戶端和服務器端）都要有一一成對的socket，所以，發送端爲了將多個發往接收端的包，更有效的發到對方，使用了優化方法（Nagle算法），將屢次間隔較小且數據量小的數據，合併成一個大的數據塊，而後進行封包。這樣，接收端，就難於分辨出來了，必須提供科學的拆包機制。即面向流的通訊是無消息保護邊界的。
2. UDP（user datagram protocol，用戶數據報協議）是無鏈接的，面向消息的，提供高效率服務。不會使用塊的合併優化算法，, 因爲UDP支持的是一對多的模式，因此接收端的skbuff(套接字緩衝區）採用了鏈式結構來記錄每個到達的UDP包，在每一個UDP包中就有了消息頭（消息來源地址，端口等信息），這樣，對於接收端來講，就容易進行區分處理了。 即面向消息的通訊是有消息保護邊界的。
3. tcp是基於數據流的，因而收發的消息不能爲空，這就須要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，防止程序卡住，而udp是基於數據報的，即使是你輸入的是空內容（直接回車），那也不是空消息，udp協議會幫你封裝上消息頭，實驗略

　　兩種狀況下會發生粘包

　　發送端須要等緩衝區滿才發送出去,形成粘包(發送數據時間間隔很短,數據流很小,匯合到一塊兒,產生粘包)

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

 1 import socket    #客戶端
 2 BUFSIZE=1024
 3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 4 
 5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 6 res=s.connect_ex(ip_port)
 7 
 8 
 9 s.send('hello'.encode('utf-8'))
10 s.send('feng'.encode('utf-8'))

接收方不及時接收緩衝區的包，形成多個包接收（客戶端發送了一段數據，服務端只收了一小部分，服務端下次再收的時候仍是從緩衝區拿上次遺留的數據，產生粘包）

 1 from socket import *    #服務端
 2 ip_port=('127.0.0.1',8080)
 3 
 4 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
 5 tcp_socket_server.bind(ip_port)
 6 tcp_socket_server.listen(5)
 7 
 8 
 9 conn,addr=tcp_socket_server.accept()
10 
11 
12 data1=conn.recv(2) #一次沒有收完整
13 data2=conn.recv(10)#下次收的時候,會先取舊的數據,而後取新的
14 
15 print('----->',data1.decode('utf-8'))
16 print('----->',data2.decode('utf-8'))

1 import socket    #客戶端
2 BUFSIZE=1024
3 ip_port=('127.0.0.1',8080)
4 
5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)        
6 res=s.connect_ex(ip_port)
7 
8 
9 s.send('hello feng'.encode('utf-8'))