Python之路(十七):网络编程(下)

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Python之路(十七):网络编程(下)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

python基础之网络编程(下篇)

 

socket编程


中篇对socket的搭建服务端与客户端的连接进行了代码实现化,以及socket内置方法的认识及运用。

粘包现象的出现

在中篇中,对于tcp和udp制作了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)

在tcp下:在运行时会发生粘包

在udp下:在运行时永远不会发生粘包

什么是粘包

在上篇中,对于socket的收发消息的原理进行了一些阐释

所谓粘包,主要还是因为接受方不知道消息之间的界限,不知道一次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

粘包有俩种现象

一、发送数据时间间隔很短,数据了很小,会合到一起,产生粘包

复制代码
from socket import *
ip_port=(\'127.0.0.1\',8082)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

conn,addr=tcp_server.accept()

data1=conn.recv(buffer_size)  #指定buffer_size ,得到的结果就是通过Nagle算法,随机接收次数。
print(\'第1次数据\',data1)

data2=conn.recv(buffer_size)
print(\'第2次数据\',data2)

data3=conn.recv(buffer_size)
print(\'第3次数据\',data3)
复制代码
复制代码
from socket import *
import time

ip_port=(\'127.0.0.1\',8082)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

tcp_client.send(\'hello\'.encode(\'utf-8\'))
tcp_client.send(\'world\'.encode(\'utf-8\'))
tcp_client.send(\'egon\'.encode(\'utf-8\'))
复制代码
第1次数据 b\'helloworldegon\'
第2次数据 b\'\'
第3次数据 b\'\'

二、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

复制代码
from socket import *
ip_port=(\'127.0.0.1\',8080)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

conn,addr=tcp_server.accept()

data1=conn.recv(1)
print(\'第1次数据\',data1)

# data2=conn.recv(5)
# print(\'第2次数据\',data2)
#
# data3=conn.recv(1)
# print(\'第3次数据\',data3)
复制代码
复制代码
from socket import *
import time
ip_port=(\'127.0.0.1\',8080)
back_log=5
buffer_size=1024  #接收的数据只有1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

tcp_client.send(\'helloworldegon\'.encode(\'utf-8\'))

time.sleep(1000)
复制代码
第1次数据 b\'h\'
第2次数据 b\'ellow\'  #发送的数据过大,接收的数据设置的较小,就会出现导致粘包 
第3次数据 b\'o\'

补充知识:

1、tcp是可靠传输

  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。

2、udp是不可靠传输

   udp发送数据,对端是不会返回确认信息的,因此不可靠。

基于中篇的实现远程命令的例子,作出解决粘包的方法

复制代码
#low版解决粘包版本服务端
from socket import *
import subprocess
ip_port=(\'127.0.0.1\',8080)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

while True:
    conn,addr=tcp_server.accept()
    print(\'新的客户端链接\',addr)
    while True:
        #收消息
        try:
            cmd=conn.recv(buffer_size)
            if not cmd:break
            print(\'收到客户端的命令\',cmd)

            #执行命令,得到命令的运行结果cmd_res
            res=subprocess.Popen(cmd.decode(\'utf-8\'),shell=True,
                                 stderr=subprocess.PIPE,
                                 stdout=subprocess.PIPE,
                                 stdin=subprocess.PIPE)
            err=res.stderr.read()
            if err:
                cmd_res=err
            else:
                cmd_res=res.stdout.read()

            #发送消息
            if not cmd_res:
                cmd_res=\'执行成功\'.encode(\'gbk\')

            length=len(cmd_res)  #计算长度
            conn.send(str(length).encode(\'utf-8\')) #把长度发给客户端
            client_ready=conn.recv(buffer_size)    #卡着一个recv
            if client_ready == b\'ready\':  #如果收到客户端的ready消息,就说明准备好了。
                conn.send(cmd_res)        #就可以send给客户端发送消息啦!
        except Exception as e:
            print(e)
            break
复制代码
复制代码
#low版解决粘包版客户端
from socket import *
ip_port=(\'127.0.0.1\',8080)
back_log=5
buffer_size=1024

tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

while True:
    cmd=input(\'>>: \').strip()
    if not cmd:continue
    if cmd == \'quit\':break
    tcp_client.send(cmd.encode(\'utf-8\'))
    #解决粘包
    length=tcp_client.recv(buffer_size)  #接收发送过来的长度(1024*8=8192,2**8192=可以接收的长度)
    tcp_client.send(b\'ready\')   #客户端再send给服务端,告诉服务端我准备好啦!

    length=int(length.decode(\'utf-8\'))  #先解码,转成字符串的长度
    #解决思路:就是提前发一个头过去,告诉客户端需要接收的长度(分两步:1、发送发度 2、再次发送数据)
    recv_size=0   #接收的尺寸
    recv_msg=b\'\'  #最后要拼接起来
    while recv_size < length:  #要收多大?,要先判断接收的尺寸<length
        recv_msg += tcp_client.recv(buffer_size)  #接收到的数据,拼接buffer_size,
        recv_size=len(recv_msg) #1024  #衡量自己接收了多少数据,有没有收完(统计recv_msg的长度)
    print(\'命令的执行结果是 \',recv_msg.decode(\'gbk\'))
tcp_client.close()
复制代码

经过以上代码处理,再次进行 ipconfig   dir这些命令则可以恢复正常,不会出现粘包问题

总结:

(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。

接下来,有一种新的方式处理粘包的问题

复制代码
import socket,time,subprocess,pickle,struct
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()

        l=struct.pack(\'i\',len(ret))
        conn.sendall(l+ret)
        # conn.send(str(len(ret)).encode(\'utf-8\'))
    conn.close()
复制代码
复制代码
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(\'gbk\'))
复制代码

在解决了TCP的粘包问题,那么又该怎么解决TCP的并发问题

 

SocketServer是基于socket写成的一个更强大的模块。

 

SocketServer简化了网络服务器的编写。它有4个类:TCPServer,UDPServer,UnixStreamServer,UnixDatagramServer。这4个类是同步进行处理的,另外通过ForkingMixIn和ThreadingMixIn类来支持异步。

在python3中该模块是socketserver

在python2中该模块是Socketserver

服务器

  服务器要使用处理程序,必须将其出入到服务器对象,定义了5个基本的服务器类型(就是“类”)。BaseServer,TCPServer,UnixStreamServer,UDPServer,UnixDatagramServer。注意:BaseServer不直接对外服务。

 服务器:

  要使用处理程序,必须将其传入到服务器的对象,定义了四个基本的服务器类。

(1)TCPServer(address,handler)   支持使用IPv4的TCP协议的服务器,address是一个(host,port)元组。Handler是BaseRequestHandler或StreamRequestHandler类的子类的实例。

(2)UDPServer(address,handler)   支持使用IPv4的UDP协议的服务器,address和handler与TCPServer中类似。

(3)UnixStreamServer(address,handler)   使用UNIX域套接字实现面向数据流协议的服务器,继承自TCPServer。

(4)UnixDatagramServer(address,handler)  使用UNIX域套接字实现数据报协议的服务器,继承自UDPServer。

 

这四个类的实例都有以下方法。

1、s.socket   用于传入请求的套接字对象。

2、s.sever_address  监听服务器的地址。如元组("127.0.0.1",80)

3、s.RequestHandlerClass   传递给服务器构造函数并由用户提供的请求处理程序类。

4、s.serve_forever()  处理无限的请求  #无限处理client连接请求

5、s.shutdown()   停止serve_forever()循环

 

SocketServer模块中主要的有以下几个类:

1、BaseServer    包含服务器的核心功能与混合类(mix-in)的钩子功能。这个类主要用于派生,不要直接生成这个类的类对象,可以考虑使用TCPServer和UDPServer类。

2、TCPServer     基本的网络同步TCP服务器

3、UDPServer     基本的网络同步UDP服务器

4、ForkingTCPServer      是ForkingMixIn与TCPServer的组合

5、ForkingUDPServer    是ForkingMixIn与UDPServer的组合

6、ThreadingUDPServer  是ThreadingMixIn和UDPserver的组合

7、ThreadingTCPServer   是ThreadingMixIn和TCPserver的组合

8、BaseRequestHandler   必须创建一个请求处理类,它是BaseRequestHandler的子类并重载其handle()方法。

9、StreamRequestHandler        实现TCP请求处理类的

10、DatagramRequestHandler  实现UDP请求处理类的

11、ThreadingMixIn  实现了核心的线程化功能,用于与服务器类进行混合(mix-in),以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。

12、ForkingMixIn     实现了核心的进程化功能,用于与服务器类进行混合(mix-in),以提供一些异步特性。不要直接生成这个类的对象。

  

创建服务端的步骤:

1:首先必须创建一个请求处理类

2:它是BaseRequestHandler的子类

3:该请求处理类是BaseRequestHandler的子类并重新写其handle()方法

4:必须要有一个handle()方法,规则定义死的

 

实例化  请求处理类传入服务器地址和请求处理程序类

最后实例化调用serve_forever()  #无限处理client请求

 

记住一个原则:对tcp来说:self.request=conn

在这里作一个简单的小例子

复制代码
# TCP下实现的并发
import socketserver
class Myserver(soc

以上是关于Python之路(十七):网络编程(下)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Python之路(二十七):Mysql(下)

Python之路第十七篇:Python并发编程|协程

Python之路(第四十七篇) 协程

Python之路第十七篇:Django进阶篇

Python之路第十七篇:Django进阶篇

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