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socket原理与粘包

时间:2019-09-11 15:37:21      阅读:92      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:text   structure   module   nis   recvfrom   cookies   div   位置   时间格式   

一、socket的基本概念

1.1socket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/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: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。

1.2socket层

技术图片

1.3套接字工作流程

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。

技术图片

技术图片
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
技术图片
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
服务端、客户端
技术图片
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演示流程

1.4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
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)

tcp客户端

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

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

 

技术图片
#_*_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
服务端

 

技术图片
#_*_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
客户端

加上链接循环与通信循环

技术图片
#_*_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
服务端升级版

 

技术图片
#_*_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
客户端升级版

技术图片

 

若出现此类问题,解决方法为:

技术图片
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
View Code

1.5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

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

udp套接字简单案例

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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)
服务端
技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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)
客户端

由于udp无连接,所以可以同时多个客户端去跟服务端通信。如:

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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:\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)
udp服务端
技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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:\033[1;44m%s\033[0m %(addr[0],addr[1],back_msg.decode(utf-8)))

udp_client_socket.close()
udp客户端1
技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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:\033[1;44m%s\033[0m %(addr[0],addr[1],back_msg.decode(utf-8)))

udp_client_socket.close()
udp客户端2

1.6时间服务器

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
from time import strftime

ip_port=(127.0.0.1,9000)
bufsize=1024

tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
tcp_server.bind(ip_port)

while True:
    msg,addr=tcp_server.recvfrom(bufsize)
    print(===>,msg)
    
    if not msg:
        time_fmt=%Y-%m-%d %X
    else:
        time_fmt=msg.decode(utf-8)
    back_msg=strftime(time_fmt)

    tcp_server.sendto(back_msg.encode(utf-8),addr)

tcp_server.close()
ntp服务端
技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *
ip_port=(127.0.0.1,9000)
bufsize=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)



while True:
    msg=input(请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ).strip()
    tcp_client.sendto(msg.encode(utf-8),ip_port)

    data=tcp_client.recv(bufsize)

    print(data.decode(utf-8))

tcp_client.close()
ntp客户端

二、粘包

2.1重要提醒

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

2.2粘包的理解

须知:只有TCP有粘包现象,UDP永远不会粘包

socket收发消息的原理

技术图片

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)

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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

 

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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) 

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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
技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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

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

2.3解决粘包low的方法

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的版本

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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

 

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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

 为何low:

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

2.4高级版本解决粘包问题

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

拾遗:struct模块

该模块可以把一个类型,如数字,转成固定长度的bytes

技术图片

技术图片
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)
View Code

 

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
#http://www.cnblogs.com/coser/archive/2011/12/17/2291160.html
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详细用法

 

技术图片
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(自定制报头)

 

技术图片
#_*_coding:utf-8_*_
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(自定制报头)

 

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

技术图片
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;复杂一点的报头
技术图片
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

FTP作业:上传下载文件

技术图片
import socket
import struct
import json
import subprocess
import os

class MYTCPServer:
    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

    server_dir=file_upload

    def __init__(self, server_address, bind_and_activate=True):
        """Constructor.  May be extended, do not override."""
        self.server_address=server_address
        self.socket = socket.socket(self.address_family,
                                    self.socket_type)
        if bind_and_activate:
            try:
                self.server_bind()
                self.server_activate()
            except:
                self.server_close()
                raise

    def server_bind(self):
        """Called by constructor to bind the socket.
        """
        if self.allow_reuse_address:
            self.socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.socket.bind(self.server_address)
        self.server_address = self.socket.getsockname()

    def server_activate(self):
        """Called by constructor to activate the server.
        """
        self.socket.listen(self.request_queue_size)

    def server_close(self):
        """Called to clean-up the server.
        """
        self.socket.close()

    def get_request(self):
        """Get the request and client address from the socket.
        """
        return self.socket.accept()

    def close_request(self, request):
        """Called to clean up an individual request."""
        request.close()

    def run(self):
        while True:
            self.conn,self.client_addr=self.get_request()
            print(from client ,self.client_addr)
            while True:
                try:
                    head_struct = self.conn.recv(4)
                    if not head_struct:break

                    head_len = struct.unpack(i, head_struct)[0]
                    head_json = self.conn.recv(head_len).decode(self.coding)
                    head_dic = json.loads(head_json)

                    print(head_dic)
                    #head_dic={‘cmd‘:‘put‘,‘filename‘:‘a.txt‘,‘filesize‘:123123}
                    cmd=head_dic[cmd]
                    if hasattr(self,cmd):
                        func=getattr(self,cmd)
                        func(head_dic)
                except Exception:
                    break

    def put(self,args):
        file_path=os.path.normpath(os.path.join(
            self.server_dir,
            args[filename]
        ))

        filesize=args[filesize]
        recv_size=0
        print(----->,file_path)
        with open(file_path,wb) as f:
            while recv_size < filesize:
                recv_data=self.conn.recv(self.max_packet_size)
                f.write(recv_data)
                recv_size+=len(recv_data)
                print(recvsize:%s filesize:%s %(recv_size,filesize))


tcpserver1=MYTCPServer((127.0.0.1,8080))

tcpserver1.run()
服务端
技术图片
import socket
import struct
import json
import os



class 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()
客户端

 2.5 认证客户端连接的合法性

如果你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

技术图片
from socket import *
import hmac,os

secret_key=blinhaifeng 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
技术图片
from socket import *
import hmac,os

secret_key=blinhaifeng 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)
技术图片
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
技术图片
from socket import *
import hmac,os

secret_key=blinhaifeng 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server_key)

2.6 socketserver

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:

技术图片

 

request类:

技术图片

 

继承关系:

技术图片

技术图片

技术图片

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

  1. 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
  2. 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
  3. 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)
  4. 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)
  5. 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的

  1.   self.server即套接字对象
  2.   self.request即一个链接
  3.   self.client_address即客户端地址

基于udp的socketserver我们自己定义的类中的

  1.   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‘, <socket.socket fd=200, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0, laddr=(‘127.0.0.1‘, 8080)>)
  2.   self.client_address即客户端地址
技术图片
import socketserver
import struct
import json
import os
class 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)
            data_len=struct.unpack(i,data)[0]
            head_json=self.request.recv(data_len).decode(self.coding)
            head_dic=json.loads(head_json)
            # print(head_dic)
            cmd=head_dic[cmd]
            if hasattr(self,cmd):
                func=getattr(self,cmd)
                func(head_dic)
    def put(self,args):
        file_path = os.path.normpath(os.path.join(
            self.BASE_DIR,
            self.server_dir,
            args[filename]
        ))

        filesize = args[filesize]
        recv_size = 0
        print(----->, file_path)
        with open(file_path, wb) as f:
            while recv_size < filesize:
                recv_data = self.request.recv(self.max_packet_size)
                f.write(recv_data)
                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()
FtpServer
技术图片
import socket
import struct
import json
import os



class 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()
FtpClient

 注:本文部分摘抄于博客:https://www.cnblogs.com/linhaifeng

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

socket原理与粘包

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原文地址:https://www.cnblogs.com/changzhendong/p/11419482.html

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