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(第九集)网络编程

网友投稿 591 2022-09-27

(第九集)网络编程

一、客户端/服务器架构

1.硬件C/S架构(打印机)2.软件C/S架构：socket就是为了完成C/S架构的开发

二、 osi七层

完整的计算机系统是由硬件、操作系统、应用软件三者组成,具备了这三个条件，其中互联网的核心就是由一堆协议组成，协议就是标准，所有的计算机都按照统一的标准去收发信息从而完成通信。人们按照分工不同把互联网协议从逻辑上划分了层级。

互联网协议：

C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

网络的核心即一堆协议，协议即标准开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。

三、 socket层

socket简介：

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。注： 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

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

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)

六、套接字工作流程

生活中的场景。打电话时先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时与朋友建立起连接，开始进行会话。等会话结束，挂断电话结束此次会话。生活中的场景就解释工作原理。

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。当如果有客户端初始化一个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：

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。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命名空间里幅减短的代码。# 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() # 被动接收 TCP客户端的连接,(阻塞式)等待连接到来

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

socket实验推演流程：

# 服务端：from socket import *phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) # 创建socketphone.bind(('127.0.0.1',8081)) # 绑定ip地址和端口phone.listen(5) # 监听数量为5conn,addr=phone.accept() # 阻塞模式，等待发送过来的请求数据,获得客户端连接对象及请求地址while True: data=conn.recv(1024) # 最多每次接受1024字节，1KB=1024字节（B） print('server===>') print(data) conn.send(data.upper()) # 响应请求的数据conn.close() # 关闭客户端的连接phone.close() # 关闭服务端socket的连接# 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')) # 发送请求数据 print('client====>') data=phone.recv(1024) # 接收响应数据 print(data)# 卡的原因：当缓冲区为空recv就卡住---------------------------------------------------# 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)

七、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：

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inf_loop: #服务器无限循环 cs = ss.accept() #接受客户端链接，获得连接对象 comm_loop: #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客户端：

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

socket通信流程与打电话流程类似：

socket服务端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socketip_port=('127.0.0.1',8081) # 电话卡BUFSIZE=1024 # 最大缓冲1kbs=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: # 新增接收连接循环,可以不停的接多个电话 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

socket客户端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socketip_port=('127.0.0.1',8081)BUFSIZE=1024s=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

端口被占用问题：

原因：由于服务端仍然存在四次挥手的*time_wait状态在占用地址（tcp三次握手，四次挥手 ; syn洪水攻击 ; 服务器高并发情况下会有大量的*time_wait状态的优化方法）

- 解决方法一：

#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) # 在bind前加即可phone.bind(('127.0.0.1',8080))

- 解决方法二：

# 发现系统存在大量TIME_WAIT状态的连接，通过调整linux内核参数即可解决vim /etc/sysctl.conf# 编辑文件，加入以下内容：net.ipv4.tcp_syncookies = 1net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1net.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

八、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：

ss = socket() #创建一个服务器的套接字ss.bind() #绑定服务器套接字inf_loop: #服务器无限循环 cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送) ss.close() # 关闭服务器套接字

udp客户端：

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

案例：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)：

UDP服务端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socketip_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) # 获得请求信息及请求地址 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) # 发送响应信息

UDP客户端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socketBUFSIZE=1024udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 创建网络套接字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 # 退出聊天 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]) # 发送数据到指定服务端 back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE) # 接收响应回的数据 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() # 关闭客户端套接字

九、粘包现象

基于tcp制作一个远程执行命令的程序（1：执行错误命令 2：执行ls 3：执行ifconfig）注意： res=subprocess.Popen(cmd.decode(‘utf-8’),shell=True,stderr=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE) #命令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

TCP服务端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'from socket import *import subprocessip_port=('127.0.0.1',8080)BUFSIZE=1024tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)tcp_socket_server.bind(ip_port)tcp_socket_server.listen(5)while True: # 循环接收多个请求客户端 conn,addr=tcp_socket_server.accept() print('客户端',addr) while True: # 循环接收所有请求数据 cmd=conn.recv(BUFSIZE) if len(cmd) == 0:break act_res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True, # 子程序通过ssh远程执行linux服务器的命令 stdout=subprocess.PIPE, stdin=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) stderr=act_res.stderr.read() stdout=act_res.stdout.read() conn.send(stderr) conn.send(stdout)

TCP客户端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socketBUFSIZE=1024ip_port=('127.0.0.1',8080)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='')

上述程序是基于tcp的socket，在运行时会发生粘包

UDP服务端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'from socket import *import subprocessip_port=('127.0.0.1',9003)bufsize=1024udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)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()

UDP客户端：

from socket import *ip_port=('127.0.0.1',9003)bufsize=1024udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)while True: msg=input('>>: ').strip() udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port) data,addr=udp_client.recvfrom(bufsize) print(data.decode('utf-8'),end='')

上述程序是基于udp的socket，在运行时永远不会发生粘包

十、粘包解释

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

发送端1K 1K发送数据，接收端应用程序2K 2K提取数据，也可能一次提3K或6K数据，或一次只提走几个字节的数据，应用程序所看到的数据是一个整体或一个流（stream），1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，这是容易出现粘包问题的原因。

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，在接收方看来，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，数据很小会合到一起，产生粘包）

服务端：

#_*_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()

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）

服务端：

#_*_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，只接收2个字节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()

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？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服务端，服务端返回一个ack=1，发送端则清理缓存中的数据，服务端返回ack=0，则重新发送数据，所以tcp是可靠的，而udp发送数据，服务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的字节流是先放入客户端缓存，然后由协议控制将缓存内容发往服务端，如果待发送的字节流大小>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、解决粘包的处理方法一

粘包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。

服务端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socket,subprocessip_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() # 读取ssh操作指令返回错误信息的结果 if err: ret=err else: ret=res.stdout.read() # 读取指令执行后标准输出的结果 data_length=len(ret) # 获取返回数据的长度 conn.send(str(data_length).encode('utf-8')) # 将接收到的数据长度响应给接收端 data=conn.recv(1024).decode('utf-8') # 服务端再接收1024个字节长度的数据结果 if data == 'recv_ready': # 如果数据结果等于 recv_ready，表示接收端已经接收到数据长度 conn.sendall(ret) # 循环发送所有数据 conn.close()

客户端：

#_*_coding:utf-8_*___author__ = 'Linhaifeng'import socket,times=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')) # 发送指令 length=int(s.recv(1024).decode('utf-8')) # 获得发送端发过来的数据长度，从而知道取多长数据作为数据边界 s.send('recv_ready'.encode('utf-8')) # 发送标记给服务端，证明已经收到需要接收数据的长度 send_size=0 recv_size=0 data=b'' while recv_size < length: # 如果接收的数据小于发送过来的数据长度，则继续循环接收 data+=s.recv(1024) # 拼接数据内容 recv_size+=len(data) # 迭代接收数据的长度，作为接收数据结束的条件 print(data.decode('utf-8'))

该方式存在的问题：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

十二、解决粘包的处理方法二

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

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byteshead_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bytesconn.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(head_bytes)) #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)

服务端：自定制报头：

import socket,struct,jsonimport subprocessphone=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() 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()

客户端：自定制报头：

#_*_coding:utf-8_*_import socket,time,structs=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) # 接收长度为4个字节的数据，该4个字节数据封装了内容的长度 x=struct.unpack('i',l)[0] # 拆解获得具体长度的值 print(type(x),x) # print(struct.unpack('I',l)) r_s=0 # 已接收数据的长度 data=b'' while r_s < x: r_d=s.recv(1024) data+=r_d # 拼接数据结果 r_s+=len(r_d) # 累加已接收数据的长度 print(data.decode('gbk')) #windows默认gbk编码

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

服务端：

import socket,struct,jsonimport subprocessphone=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() if err: back_msg=err else: back_msg=res.stdout.read() headers={'data_size':len(back_msg)} head_json=json.dumps(headers) # 字典格式的报头序列化成Json字符串 head_json_bytes=bytes(head_json,encoding='utf-8') # 序列化后的报头转化成字节 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) # 再发真实的内容 conn.close()

rom socket import *import struct,jsonip_port=('127.0.0.1',8080)client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)client.connect(ip_port) # 客户端连接服务端while True: cmd=input('>>: ') if not cmd:continue client.send(bytes(cmd,encoding='utf-8')) head=client.recv(4) # 获得报头的长度 head_json_len=struct.unpack('i',head)[0] # 长度的具体数值 head_json=json.loads(client.recv(head_json_len).decode('utf-8')) # 反序列化接收到的报头内容 data_len=head_json['data_size'] # 报头中key为data_size中的值，值为内容的长度 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('gbk')) #windows默认gbk编码

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:：

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：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’,

import socketserverimport structimport jsonimport osclass FtpServer(socketserver.BaseRequestHandler): coding='utf-8' server_dir='file_upload' max_packet_size=1024 BASE_DIR=os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)) def handle(self): print(self.request) while True: data=self.request.recv(4) # 接收数据长度的字节 data_len=struct.unpack('i',data)[0] # 拆包获得报头具体的长度值 head_json=self.request.recv(data_len).decode(self.coding) # 获得报头的内容 head_dic=json.loads(head_json) # 反序列化报头的json字符串 # print(head_dic) cmd=head_dic['cmd'] # 获得报头中的cmd指令 if hasattr(self,cmd): func=getattr(self,cmd) # 通过反射获得cmd属性值 func(head_dic) # 执行通过反射获得的函数名 def put(self,args): file_path = os.path.normpath(os.path.join( # 组装文件发送路径 self.BASE_DIR, self.server_dir, args['filename'] )) filesize = args['filesize'] # 获得文件大小 recv_size = 0 print('----->', file_path) with open(file_path, 'wb') as f: # 文件句柄操作文件 while recv_size < filesize: # 已接收数据的长度 < 文件长度 recv_data = self.request.recv(self.max_packet_size) f.write(recv_data) # 将接收到的数据写入文件中 recv_size += len(recv_data) print('recvsize:%s filesize:%s' % (recv_size, filesize))ftpserver=socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1',8080),FtpServer)ftpserver.serve_forever()

FTP客户端：

import socketimport structimport jsonimport osclass MYTCPClient: address_family = socket.AF_INET socket_type = socket.SOCK_STREAM allow_reuse_address = False max_packet_size = 8192 coding='utf-8' request_queue_size = 5 def __init__(self, server_address, connect=True): self.server_address=server_address self.socket = socket.socket(self.address_family, self.socket_type) if connect: try: self.client_connect() except: self.client_close() raise def client_connect(self): self.socket.connect(self.server_address) def client_close(self): self.socket.close() def run(self): while True: inp=input(">>: ").strip() if not inp:continue l=inp.split() cmd=l[0] if hasattr(self,cmd): func=getattr(self,cmd) func(l) def put(self,args): cmd=args[0] filename=args[1] if not os.path.isfile(filename): print('file:%s is not exists' %filename) return else: filesize=os.path.getsize(filename) head_dic={'cmd':cmd,'filename':os.path.basename(filename),'filesize':filesize} print(head_dic) head_json=json.dumps(head_dic) head_json_bytes=bytes(head_json,encoding=self.coding) head_struct=struct.pack('i',len(head_json_bytes)) self.socket.send(head_struct) self.socket.send(head_json_bytes) send_size=0 with open(filename,'rb') as f: for line in f: self.socket.send(line) send_size+=len(line) print(send_size) else: print('upload successful')client=MYTCPClient(('127.0.0.1',8080))client.run()

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