Python3-socket网络编程
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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Python3-socket网络编程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
socket网络编程
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socket是什么
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套接字分类
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套接字工作流程
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基于TCP的套接字
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基于UDP的套接字
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粘包现象
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什么是粘包
socket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其实即使一个门面模式，他把复杂的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。
套接字分类
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统一机器，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)
Socket Types
socket.SOCK_STREAM #for tcp
socket.SOCK_DGRAM #for udp
socket.SOCK_RAW #原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；
socket.SOCK_SOCKRDM # 是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。
套接字工作流程
服务端先初始化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的连接就建立了。
客户端发送数据请求，服务器端接受请求并处理请求，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
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连接服务端
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 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
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
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
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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 客户端改进版
问题：
在重启服务端时可能会遇到
这个是由于你的服务端仍然存在四次挥手的time_wait状态在占用地址（如果不懂，请深入研究：1.tcp三次握手，四次挥手 2.syn洪水攻击 3.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：
#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) #就是它，在bind前加 phone.bind((\'127.0.0.1\',8080))
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
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()
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()
udp套接字简单示例
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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)
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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)
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)
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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)
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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
粘包现象
让我们基于tcp先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）
注意注意注意：
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
注意：命令ls -l ; lllllll ; pwd 的结果是既有正确stdout结果，又有错误stderr结果
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' from socket import * import subprocess ip_port=(\'127.0.0.1\',8080) BUFSIZE=1024 tcp_socket_server=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) tcp_socket_server.bind(ip_port) tcp_socket_server.listen(5) while True: conn,addr=tcp_socket_server.accept() print(\'客户端\',addr) while True: cmd=conn.recv(BUFSIZE) if len(cmd) == 0:break res=subprocess.Popen(cmd.decode(\'utf-8\'),shell=True, 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)
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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) 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
让我们再基于udp制作一个远程执行命令的程序
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' #_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' from socket import * import subprocess ip_port=(\'127.0.0.1\',9003) bufsize=1024 udp_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() 服务端
from socket import * ip_port=(\'127.0.0.1\',9003) bufsize=1024 udp_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=\'\') 客户端
上述程序是基于udp的socket，在运行时永远不会发生粘包
什么是粘包
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
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。（间隔短，数据小）
- 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。
- 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。
- 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，数据很小，会合到一起，产生粘包）
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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\'))
#_*_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() 服务端
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）
#_*_coding:utf-8_*_ __author__ = \'Linhaifeng\' 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\'))
#_*_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 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
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过去。
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
以上是关于Python3-socket网络编程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
VSCode自定义代码片段14——Vue的axios网络请求封装
VSCode自定义代码片段14——Vue的axios网络请求封装