标签：数据包 encode 组织 utf-8 伯克利 struct for break 取出
即C/S架构，包括
1.硬件C/S架构(打印机)
2.软件C/S架构(web服务)
美好的愿望：
最常用的软件服务器是 Web 服务器。一台机器里放一些网页或 Web 应用程序,然后启动 服务。这样的服务器的任务就是接受客户的请求,把网页发给客户(如用户计算机上的浏览器),然 后等待下一个客户请求。这些服务启动后的目标就是“永远运行下去”。虽然它们不可能实现这样的 目标,但只要没有关机或硬件出错等外力干扰,它们就能运行非常长的一段时间。
生活中的C/S架构：
老男孩是S端，所有的学员是C端
饭店是S端，所有的食客是C端
C/S架构与socket的关系：
我们学习socket就是为了完成C/S架构的开发。
二、osi七层
引子：
须知一个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，一台计算机系统就可以自己跟自己玩了（打个单机游戏，玩个扫雷啥的）
如果你要跟别人一起玩，那你就需要上网了（访问个黄色网站，发个黄色微博啥的），互联网的核心就是由一堆协议组成，协议就是标准，全世界人通信的标准是英语，如果把计算机比作人，互联网协议就是计算机界的英语。所有的计算机都学会了互联网协议，那所有的计算机都就可以按照统一的标准去收发信息从而完成通信了。人们按照分工不同把互联网协议从逻辑上划分了层级，详见另一篇博客。
参考博客（网络通信原理）：
http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html
http://www.cnblogs.com/maple-shaw/p/6891223.html
为何学习socket一定要先学习互联网协议：
1.首先：本节课程的目标就是教会你如何基于socket编程，来开发一款自己的C/S架构软件。
2.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
3.然后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。
4.最后：就让我们从这些标准开始研究，开启我们的socket编程之旅。
三、socket层
四、socket是什么
ocket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/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。
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。
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)
一个生活中的场景。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，这时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，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。
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。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)
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(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
TCP服务端
1 ss = socket() #创建服务器套接字 2 ss.bind() #把地址绑定到套接字 3 ss.listen() #监听链接 4 inf_loop: #服务器无限循环 5 cs = ss.accept() #接受客户端链接 6 comm_loop: #通讯循环 7 cs.recv()/cs.send() #对话(接收与发送) 8 cs.close() #关闭客户端套接字 9 ss.close() #关闭服务器套接字(可选)
socket通信流程与打电话流程类似，我们就以打电话为例来实现一个low版的套接字通信：
#_*_coding:utf-8_*_ import socket ip_port=(‘127.0.0.1‘,9000) #电话卡 BUFSIZE=1024 #收发消息的尺寸 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 conn,addr=s.accept() #手机接电话 # print(conn) # print(addr) print(‘接到来自%s的电话‘ %addr[0]) msg=conn.recv(BUFSIZE) #听消息,听话 print(msg,type(msg)) conn.send(msg.upper()) #发消息,说话 conn.close() #挂电话 s.close() #手机关机
#_*_coding:utf-8_*_ import socket ip_port=(‘127.0.0.1‘,9000) BUFSIZE=1024 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) s.connect_ex(ip_port) #拨电话 s.send(‘linhaifeng nb‘.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
上述流程的问题是，服务端只能接受一次链接，然后就彻底关闭掉了，实际情况应该是，服务端不断接受链接，然后循环通信，通信完毕后只关闭链接，服务器能够继续接收下一次链接，下面是修改版：
#_*_coding:utf-8_*_ 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
#_*_coding:utf-8_*_ 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
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
示例
服务端
# -*- coding: utf-8 -*- # __author__ = "maple" 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(‘recv: ‘,msg,addr) udp_server_client.sendto(msg.upper(),addr) udp_server_client.close()
客户端
# -*- coding: utf-8 -*- # __author__ = "maple" import socket ip_port=(‘127.0.0.1‘,9000) BUFSIZE=1024 udp_server_client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) print(udp_server_client._io_refs) 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_server_client.close()
发消息，都是将数据发送到自己端的发送缓存中。
收消息，都是从自己端的环从中收取数据。
1. tcp：send发送数据，recv接受数据。
2. udp：sendto发送数据，recvfrom接受数据。
tcp是基于数据流的，而udp是基于数据报的：
send(bytes_data):发送数据流，数据流bytes_data若为空，自己这段的缓冲区也为空，操作系统不会控制tcp协议发空包
sendinto(bytes_data,ip_port)：发送数据报，bytes_data为空，还有ip_port,所有即便是发送空的bytes_data,数据报其实也不是空的，自己这端的缓冲区收到内容，操作系统就会控制udp协议发包。
1.tcp协议：
（1）如果收消息缓冲区里的数据为空，那么recv就会阻塞（阻塞很简单，就是一直在等着收）
（2）只不过tcp协议的客户端send一个空数据就是真的空数据，客户端即使有无穷个send空，也跟没有一个样。
（3）tcp基于链接通信
验证（1）：客户端发送空
验证（2）：客户端直接终止程序
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 import subprocess 4 from socket import * 5 6 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 7 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) 8 phone.bind((‘127.0.0.1‘,8080)) 9 phone.listen(5) 10 11 conn,addr=phone.accept() 12 13 while True: 14 data=conn.recv(1024) 15 print(‘from client msg is ‘,data) 16 conn.send(data.upper())
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 import subprocess 4 from socket import * 5 6 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 7 phone.connect((‘127.0.0.1‘,8080)) 8 9 10 while True: 11 msg=input(‘>>: ‘) 12 phone.send(msg.encode(‘utf-8‘)) 13 print(‘Client message has been sent‘) 14 15 data=phone.recv(1024) 16 print(‘from server msg is ‘,data.decode(‘utf-8‘)) 17 phone.close()
2.udp协议
（1）如果如果收消息缓冲区里的数据为“空”，recvfrom也会阻塞
（2）只不过udp协议的客户端sendinto一个空数据并不是真的空数据（包含：空数据+地址信息，得到的报仍然不会为空），所以客户端只要有一个sendinto（不管是否发送空数据，都不是真的空数据），服务端就可以recvfrom到数据。
（3）udp无链接
验证（1）：客户端发送空，看服务端结果
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 、from socket import * 3 4 ip_port=(‘127.0.0.1‘,9003) 5 bufsize=1024 6 7 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 8 udp_server.bind(ip_port) 9 10 while True: 11 data1,addr=udp_server.recvfrom(bufsize) 12 print(data1)
1 from socket import * 2 ip_port=(‘127.0.0.1‘,9003) 3 bufsize=1024 4 5 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 6 7 while True: 8 msg=input(‘>>: ‘) 9 udp_client.sendto(msg.encode(‘utf-8‘),ip_port) #发送空,发现服务端可以接收空
验证（2）：分别运行服务端
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 from socket import * 4 5 ip_port=(‘127.0.0.1‘,9003) 6 bufsize=1024 7 8 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 9 udp_server.bind(ip_port) 10 11 data1,addr=udp_server.recvfrom(1) 12 print(‘第一次收了 ‘,data1) 13 data2,addr=udp_server.recvfrom(1) 14 print(‘第二次收了 ‘,data2) 15 data3,addr=udp_server.recvfrom(1) 16 print(‘第三次收了 ‘,data3) 17 print(‘--------结束----------‘)
1 from socket import * 2 ip_port=(‘127.0.0.1‘,9003) 3 bufsize=1024 4 5 udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 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)
验证（3）：不运行服务端，单独运行客户端，没有问题，但是消息丢了
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 from socket import * 4 5 ip_port=(‘127.0.0.1‘,9003) 6 bufsize=1024 7 8 udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 9 udp_server.bind(ip_port) 10 11 data1,addr=udp_server.recvfrom(bufsize) 12 print(‘第一次收了 ‘,data1) 13 data2,addr=udp_server.recvfrom(bufsize) 14 print(‘第二次收了 ‘,data2) 15 data3,addr=udp_server.recvfrom(bufsize) 16 print(‘第三次收了 ‘,data3) 17 print(‘--------结束----------‘)
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) 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(‘客户端发完消息啦‘) 13 time.sleep(100)
注意：
1.你单独运行上面的udp的客户端，你发现并不会报错，相反tcp却会报错，因为udp协议只负责把包发出去，对方收不收，我根本不管，而tcp是基于链接的，必须有一个服务端先运行着，客户端去跟服务端建立链接然后依托于链接才能传递消息，任何一方试图把链接摧毁都会导致对方程序的崩溃。
2.上面的udp程序，你注释任何一条客户端的sendinto，服务端都会卡住，为什么？因为服务端有几个recvfrom就要对应几个sendinto，哪怕是sendinto(b‘‘)那也要有。
须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包。
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。
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。
udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对一个一个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）
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 from socket import * 4 ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080) 5 6 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 7 tcp_socket_server.bind(ip_port) 8 tcp_socket_server.listen(5) 9 10 11 conn,addr=tcp_socket_server.accept() 12 13 14 data1=conn.recv(10) 15 data2=conn.recv(10) 16 17 print(‘----->‘,data1.decode(‘utf-8‘)) 18 print(‘----->‘,data2.decode(‘utf-8‘)) 19 20 conn.close()
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 import socket 4 BUFSIZE=1024 5 ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080) 6 7 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 8 res=s.connect_ex(ip_port) 9 10 11 s.send(‘hello‘.encode(‘utf-8‘)) 12 s.send(‘feng‘.encode(‘utf-8‘))
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）
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 from socket import * 4 ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080) 5 6 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 7 tcp_socket_server.bind(ip_port) 8 tcp_socket_server.listen(5) 9 10 11 conn,addr=tcp_socket_server.accept() 12 13 14 data1=conn.recv(2) #一次没有收完整 15 data2=conn.recv(10)#下次收的时候,会先取旧的数据,然后取新的 16 17 print(‘----->‘,data1.decode(‘utf-8‘)) 18 print(‘----->‘,data2.decode(‘utf-8‘)) 19 20 conn.close()
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 import socket 3 BUFSIZE=1024 4 ip_port=(‘127.0.0.1‘,8080) 5 6 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 7 res=s.connect_ex(ip_port) 8 9 10 s.send(‘hello feng‘.encode(‘utf-8‘))
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的数据传输请参考我的另一篇文章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
解决办法：
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
>>> struct.pack(‘i‘,1111111111111)
。。。。。。。。。
struct.error: ‘i‘ format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 #这个是范围
1 import socket,struct,json 2 import subprocess 3 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 4 phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加 5 6 phone.bind((‘127.0.0.1‘,8080)) 7 8 phone.listen(5) 9 10 while True: 11 conn,addr=phone.accept() 12 while True: 13 cmd=conn.recv(1024) 14 if not cmd:break 15 print(‘cmd: %s‘ %cmd) 16 17 res=subprocess.Popen(cmd.decode(‘utf-8‘), 18 shell=True, 19 stdout=subprocess.PIPE, 20 stderr=subprocess.PIPE) 21 err=res.stderr.read() 22 print(err) 23 if err: 24 back_msg=err 25 else: 26 back_msg=res.stdout.read() 27 28 29 conn.send(struct.pack(‘i‘,len(back_msg))) #先发back_msg的长度 30 conn.sendall(back_msg) #在发真实的内容 31 32 conn.close()
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 3 import socket,time,struct 4 5 s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 6 res=s.connect_ex((‘127.0.0.1‘,8080)) 7 8 while True: 9 msg=input(‘>>: ‘).strip() 10 if len(msg) == 0:continue 11 if msg == ‘quit‘:break 12 13 s.send(msg.encode(‘utf-8‘)) 14 15 16 17 l=s.recv(4) 18 x=struct.unpack(‘i‘,l)[0] 19 print(type(x),x) 20 # print(struct.unpack(‘I‘,l)) 21 r_s=0 22 data=b‘‘ 23 while r_s < x: 24 r_d=s.recv(1024) 25 data+=r_d 26 r_s+=len(r_d) 27 28 # print(data.decode(‘utf-8‘)) 29 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
标签：数据包 encode 组织 utf-8 伯克利 struct for break 取出
原文地址：http://www.cnblogs.com/fenglinglf/p/7154512.html
