初学Python——Socket网络编程

Posted 2020-12-24 学霸初养成

认识socket

socket本质上就是在2台网络互通的电脑之间，架设一个通道，两台电脑通过这个通道来实现数据的互相传递。我们知道网络 通信 都 是基于 ip+port（端口） 方能定位到目标的具体机器上的具体服务，操作系统有0-65535个端口，每个端口都可以独立对外提供服务，如果 把一个公司比做一台电脑 ，那公司的总机号码就相当于ip地址， 每个员工的分机号就相当于端口， 你想找公司某个人，必须 先打电话到总机，然后再转分机 。

建立一个socket必须至少有2端， 一个服务端，一个客户端， 服务端被动等待并接收请求，客户端主动发起请求， 连接建立之后，双方可以互发数据。

基本参数

Socket Families(地址簇)

socket.AF_UNIX  本机进程间通信 

socket.AF_INET　 IPV4（默认）　

socket.AF_INET6  IPV6

Socket Types（类型）

socket.SOCK_STREAM  流式socket，代表TCP协议（默认）

socket.SOCK_DGRAM  数据报式socket，代表UDP协议

socket方法

sk = socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)

建立socket连接对象

sk.bind(address)

　　s.bind(address) 将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下，以元组（host,port）的形式表示地址。

sk.listen(backlog)

　　开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，可以挂起的最大连接数量。

      backlog等于5，表示内核已经接到了连接请求，但服务器还没有调用accept进行处理的连接个数最大为5
      这个值不能无限大，因为要在内核中维护连接队列

sk.setblocking(bool)

　　是否阻塞（默认True），如果设置False，那么accept和recv时一旦无数据，则报错。

sk.accept()

　　接受连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

　　接收TCP 客户的连接（阻塞式）等待连接的到来

sk.connect(address)

　　连接到address处的套接字。一般，address的格式为元组（hostname,port）,如果连接出错，返回socket.error错误。

sk.connect_ex(address)

　　同上，只不过会有返回值，连接成功时返回 0 ，连接失败时候返回编码，例如：10061

sk.close()

　　关闭套接字

sk.recv(bufsize[,flag])

　　接受套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。

sk.recvfrom(bufsize[.flag])

　　与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。

sk.send(string[,flag])

　　将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。即：可能未将指定内容全部发送。

sk.sendall(string[,flag])

　　将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。

      内部通过递归调用send，将所有内容发送出去。

服务端步骤：

步骤：
1.server = socket.socket() 声明实例，生成连接对象
2.server.bind() 绑定要监听的端口
3.server.listen() 开始监听
4.conn,addr = server.accept()等待客户端发起连接，阻塞
5.接收数据（发送数据）
6.当客户端断开连接后，继续监听等待下一个客户端建立连接
……
关闭连接对象

代码示例：

import socket
"服务器端"

server = socket.socket() # 生成连接对象
server.bind(("localhost",6000)) # 绑定要监听的端口
server.listen(5) # 开始监听（最大允许挂起的连接）
while True:
    print("
服务器在等待...")
    conn,addr = server.accept() # 等待客户端发起建立连接，起到阻塞作用
    # conn 是客户端链接过来而在服务器端为其生成的连接实例，addr是IP地址+端口
    print("已成功连接")
    print("连接对象：{0}，地址：{1}
".format(conn,addr))
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)  # 接收数据
            # (如果客服端断开连接，此步骤将会被无限循环操作，所以一定要有检查机制)
            if data != b"000001":  # 接收到的信号不是"000001"的话就正常执行
                print("接收客户端信息：", data.decode())
                msg = input(">>输入返回客户端的数据：")
                conn.send(msg.encode(encoding="utf-8")) # 向客户端发送数据
            else:
                print("该客户已主动断开连接")
                break
        except ConnectionResetError as e:
            print("该客户机异常！已被强迫断开连接",e)
            break
        else:
            print("It‘s OK !")

server.close()

客户端步骤：

步骤：
1.client = socket.socket() 声明实例，生成连接对象
2.client.connect() 与服务器建立连接
3.与服务器交互（发送接收数据）
4.client.close() 断开连接

代码示例：

import socket
"通信案例客户端消息接收与发送"
client = socket.socket() # 声明socket类型，并生成socket连接对象
try:
    client.connect(("localhost",6000)) # 与服务器建立连接

    while True:
        msg = input(">>输入要向服务器发送的信息：")
        client.send(msg.encode(encoding="utf-8")) # 向服务器发送信息(只能发送bytes字节类型，不能是str字符类型)
        data = client.recv(1024) # 接收来自服务器的1024个字节
        print("接收来自服务器的数据：",data.decode()) # 打印服务器发送的数据
        chioce = input("按任意键继续，按0退出客户端")
        if chioce == "0":
            client.send(b"000001") # 发送此信号表明客户端要断开连接
            break
        client.close()
except ConnectionRefusedError as e:
    print("服务器还没开机！请静候")

需要注意的是：

1.客户端再发送数据时，要主要服务器接收的大小限制。如果超过了这个限制，超出的部分暂时存在系统缓冲区，第二次接收的时候再输出剩下的部分。例如服务器端的recv(1024)，而客户端一次发了2024字节，那么剩下的1000字节存在缓冲区，第二次接收的时候会接收缓冲区的内容，将不会接收新发来的数据，会造成数据错误。官方建议一次性不超过8192字节

2.双发收发数据只能是bytes类型

3.粘包问题，下面讲

socket粘包问题

什么是粘包呢？我们知道发送数据，并且数据量比较大时，并不会一次性发送，即使能一次发送，客户端也不一定能一次性接收，所以服务器有个缓冲区，等客户端下次再接收数据的时候再发送给客户端，所以，就需要将数据分成几次发送，客户端分成几次接收。那又出来问题了，客户端知道数据（文件）有多大么？它怎么知道要接收几次？当然是要服务器告诉他啦！

于是，我们设计服务器首先发送数据大小（数据），再开始分批发送数据，客户端先接收文件大小（数据），再开始分批接收。问题就有可能在这里出现了。如果连续2次send数据，很有可能将两次的数据黏在一起发送出去，在客户端也无法将其分开，怎么办呢？

我们可以让服务器每次发送数据后，接收来自客户端的确认，这样会强制清空缓冲区，就不会造成粘包。当然，基于上面讲的方法，只需要在发送正式数据之前接收确认就好。

最后，如果希望100%确认双发收发数据是否一致，可以采用MD5校验。

服务器端步骤：

1.读取文件名
2.检测文件是否存在
3.打开文件
4.检测文件大小
5.将文件大小发给客户端
6.确认
7.开始边读边发（循环发送）
8.发送MD5

代码：

import socket,os,hashlib

ser = socket.socket()
ser.bind(("localhost",5000))
ser.listen()

while True:
    try:
        print("正在等待客户端连接...")
        conn,addr = ser.accept()
        print("已连接，new conn:",addr)
        while True:
            data = conn.recv(8192)
            filename = data.decode()
            print("寻找文件",filename)
            if os.path.isfile(filename):
                conn.send(b"01")
                conn.recv(1024)
                f = open(filename,"rb")
                m = hashlib.md5()
                file_size = os.stat(filename).st_size
                conn.send(str(file_size).encode(encoding="utf-8"))
                client_ack = conn.recv(1024)  # 接收确认信息
                if client_ack == b"1":
                    print("开始发送数据")
                for line in f:
                    m.update(line)
                    conn.send(line)
                f.close()
                conn.send(m.hexdigest().encode(encoding="utf-8")) # 发送MD5值
            else:
                conn.send(b"00") #表示文件不存在
                print("该文件不存在！")
    except ConnectionResetError:
        print("该客户端已断开连接")


ser.close()
print("服务器已关闭")

客户端步骤：

1.发送接收文件请求，同时将文件名发送给服务器

2.接收文件长度

3.本地新建同名文件，循环接收数据，并将其写入文件

4.同时更新本地MD5值

5.接收数据完毕后，再接收服务器的MD5值，与本地MD5值进行比较

代码：

import socket,hashlib


def receive1(client):
    "真正的数据接收"
    while True:
        res = b""
        res = res + client.recv(1024)
    return res

def receive(client,filename):
    "接收处理"
    m = hashlib.md5()
    rece_res_size = int(client.recv(1024).decode())  # 接收的结果长度，转成int型
    client.send(b"1")
    rece_size = 0
    res = b""
    filename = filename.decode()
    f = open(filename + ".new","wb")
    while rece_size < rece_res_size:
        if rece_res_size - rece_size >1024: # 如果不是最后一次接收数据
            size = 1024
        else: # 最后一次接收数据
            size = rece_res_size - rece_size
        a = client.recv(size) # 循环接收数据
        res = res + a
        rece_size = len(res)
        m.update(a)
        f.write(a)
        print("发送数据量:{0}，接收数据量:{1}".format(rece_res_size,rece_size))
    else:
        serves_md5 = client.recv(1024).decode()
        print("服务器MD5：",serves_md5)
        print("客户端MD5：",m.hexdigest())
        if serves_md5 == m.hexdigest():
            print("文件接收并校验完毕！")
    res.decode()
    f.close()

def main():
    client = socket.socket()
    try:
        client.connect(("localhost", 5000))
        while True:
            filename = input("请输入需要的文件名").strip().encode(encoding="utf-8")
            if len(filename) == 0:
                print("输入为空，重新输入")
                continue
            client.send(filename)
            is_file = client.recv(1024)
            if is_file == b"01":
                client.send(b"OK")
                receive(client,filename) # 调用函数接收数据，返回结果res（bytes）
            else:
                print(" {0} 文件不存在！".format(filename.decode()))

    except ConnectionRefusedError:
        print("等待服务器开机")
    client.close()

main()

socketserver

什么是socketserver？为什么需要它呢？

我们在前面的文章中普通的socket并不能同时处理多个客户端，当一个客户端在与服务器连接时，其它客户端只能排队。而sockerserver则不同，它可以并发地处理多个客户端请求。

import socketserver
‘‘‘
每一个客户端请求过来，都会实例化 MyTCPHandler
‘‘‘

class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        "跟客户端所有的交互都是在handle里完成的"
        while True:
            try:
                self.data = self.request.recv(1024).strip()
                print("{0} wrote:".format(self.client_address[0]))
                print(self.data)
                if not self.data:
                    print("输入为空")
                    self.request.send(bytes("输入为空", "utf-8"))
                else:
                    self.request.send(self.data.upper())
            except ConnectionResetError :
                print("客户已断开连接")
                break

if __name__ == "__main__":
    HOST, PORT = "localhost", 9999
    #server = socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) # 实例化一对一的连接对象
    server = socketserver.ThreadingTCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) # 实例化多并发的连接对象(多线程)
    server.serve_forever()

客户端并没有什么区别：

import socket

HOST, PORT = "localhost", 9999
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((HOST, PORT))
while True:
    data = input("输入字符")
    try:
        sock.sendall(bytes(data + "
", "utf-8"))

        received = str(sock.recv(1024), "utf-8")
    finally:
        print("Sent:     {0}".format(data))
        print("Received: {0}".format(received))

sock.close()