网络编程——socket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,主要介绍了网络编程——socket编程相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
一、客户端/服务端架构
1.硬件C/S架构(打印机)
2.软件C/S架构
互联网企业处处是C/S架构
C/S架构与socket的关系:学习socket就是为了完成C/S架构的开发
二、OSI七层
一个完整的计算系统是由硬件、操作系统、应用软件三者组成。(这样就可以自己和自己玩了)
若想和别人一起玩,那就需要联网了。
互联网的核心就是一堆协议组成,协议就是标准。例如:全世界官网通信的标准是英语。
一、人们按照分工不同将互联网协议从逻辑上划分了层次
详见网络通信原理:http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html
二、为何学习socket一定要学习互联网协议
1、C/S架构的软件(软件属于应用层)是基于网络进行通信的
2、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。
3、从这些标准开始研究,开启我们的socket编程之旅
三、socket
一、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其实就是一种门面模式,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取组织数据,以符合指定的协议。
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
二、套接字发展史及分类
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。
1、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
2、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)
三、套接字工作流程
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
1、socket()模块函数用法
1 import socket 2 socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0) 3 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。 4 5 获取tcp/ip套接字 6 tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 7 8 获取udp/ip套接字 9 udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) 10 11 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。 12 例如tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
2、服务端套接字函数
1 s.bind() 绑定(主机,端口号)到套接字 2 s.listen() 开始TCP监听 3 s.accept() 被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来
3、客户端套接字函数
1 s.connect() 主动初始化TCP服务器连接 2 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
4、公共用途的套接字函数
1 s.recv() 接收TCP数据 2 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) 3 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) 4 s.recvfrom() 接收UDP数据 5 s.sendto() 发送UDP数据 6 s.getpeername() 连接到当前套接字的远端的地址 7 s.getsockname() 当前套接字的地址 8 s.getsockopt() 返回指定套接字的参数 9 s.setsockopt() 设置指定套接字的参数 10 s.close() 关闭套接字
5、面向锁的套接字方法
1 s.setblocking() 设置套接字的阻塞与非阻塞模式 2 s.settimeout() 设置阻塞套接字操作的超时时间 3 s.gettimeout() 得到阻塞套接字操作的超时时间
6、面向文件的套接字函数
1 s.fileno() 套接字的文件描述符 2 s.makefile() 创建一个与该套接字相关的文件
7、socket实验推演流程
1 1:用打电话的流程快速描述socket通信 2 2:服务端和客户端加上基于一次链接的循环通信 3 3:客户端发送空,卡主,证明是从哪个位置卡的 4 服务端: 5 from socket import * 6 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 7 phone.bind((\'127.0.0.1\',8081)) 8 phone.listen(5) 9 10 conn,addr=phone.accept() 11 while True: 12 data=conn.recv(1024) 13 print(\'server===>\') 14 print(data) 15 conn.send(data.upper()) 16 conn.close() 17 phone.close() 18 客户端: 19 from socket import * 20 21 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 22 phone.connect((\'127.0.0.1\',8081)) 23 24 while True: 25 msg=input(\'>>: \').strip() 26 phone.send(msg.encode(\'utf-8\')) 27 print(\'client====>\') 28 data=phone.recv(1024) 29 print(data) 30 31 说明卡的原因:缓冲区为空recv就卡住,引出原理图 32 33 34 35 4.演示客户端断开链接,服务端的情况,提供解决方法 36 37 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 38 39 6:简单演示udp 40 服务端 41 from socket import * 42 phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 43 phone.bind((\'127.0.0.1\',8082)) 44 while True: 45 msg,addr=phone.recvfrom(1024) 46 phone.sendto(msg.upper(),addr) 47 客户端 48 from socket import * 49 phone=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 50 while True: 51 msg=input(\'>>: \') 52 phone.sendto(msg.encode(\'utf-8\'),(\'127.0.0.1\',8082)) 53 msg,addr=phone.recvfrom(1024) 54 print(msg) 55 56 udp客户端可以并发演示 57 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
四 、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
一、tcp套接字简单实现
1、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)
2、tcp客户端
cs = socket() # 创建客户套接字 cs.connect() # 尝试连接服务器 comm_loop: # 通讯循环 cs.send()/cs.recv() # 对话(发送/接收) cs.close() # 关闭客户套接字
二、加上链接循环和通信循环
1、服务端
1 #!/usr/bin/env python 2 # -*- coding:utf-8 -*- 3 # __author__ = "wzs" 4 #2017/11/4 5 6 import socket 7 import subprocess 8 import struct 9 10 phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 11 12 phone.bind((\'127.0.0.1\',8090)) 13 14 phone.listen(10) 15 16 print(\'starting\') 17 18 # #建立长连接 19 # 等待客户端连接 20 while True: ##链接循环 21 conn,client_addr = phone.accept() 22 print(client_addr) 23 while True: # 新增通信循环,可以不断的通信,收发消息 24 msg = conn.recv(1024) # 听消息,听话 25 26 # 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 27 28 print(msg, type(msg)) 29 30 conn.send(msg.upper()) # 发消息,说话 31 32 conn.close() 33 34 phone.close()
2、客户端
1 #!/usr/bin/env python 2 # -*- coding:utf-8 -*- 3 # __author__ = "wzs" 4 #2017/11/4 5 6 # 7 import socket 8 9 phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) 10 #连接服务端 11 phone.connect((\'127.0.0.1\',8090)) 12 while True: 13 #发消息 14 msg = input(\'>>:\').strip() 15 phone.send(msg.encode(\'utf-8\')) 16 #接收消息,指定接收最大的大小 17 data=phone.recv(1024) 18 print(data) 19 # 关机 20 phone.close()
3、可能遇到的问题 address already in use
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
解决办法:
1 #加入一条socket配置,重用ip和端口 2 3 phone=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) 4 phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它,在bind前加 5 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
五、基于UDP的套接字
UDP是无链接,先启动哪一端都不会错
一、UDP简介
1、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
2、UDP客户端
1 cs = socket() # 创建客户套接字 2 comm_loop: # 通讯循环 3 cs.sendto()/cs.recvfrom() # 对话(发送/接收) 4 cs.close() # 关闭客户套接字
二、udp套接字简单示例
1、UDP服务端
1 from socket import * 2 3 server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 4 server.bind((\'127.0.0.1\',8099)) 5 6 # server.listen() #udp没有监听 7 # server.accept() #udp没有连接 8 # while True: ##链接循环 9 # server.accept() #udp没有连接,更不可能有连接循环 10 while True: ##通信循环 11 msg,client_addr = server.recvfrom(1024) 12 print(msg,client_addr) 13 server.sendto(msg.upper(),client_addr)
2、UDP客户端
1 from socket import * 2 3 client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 4 # udp没有连接 5 6 while True: 7 msg = input(\'>>:\').strip() ##发送空不会报错 8 9 client.sendto(msg.encode(\'utf-8\'),(\'127.0.0.1\',8099)) 10 11 msg,server_addr = client.recvfrom(1024) 12 print(msg)
三、应用一: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)
1、服务端
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 __author__ = \'Linhaifeng\' 3 import socket 4 ip_port=(\'127.0.0.1\',8081) 5 udp_server_sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) #买手机 6 udp_server_sock.bind(ip_port) 7 8 while True: 9 qq_msg,addr=udp_server_sock.recvfrom(1024) 10 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\'))) 11 back_msg=input(\'回复消息: \').strip() 12 13 udp_server_sock.sendto(back_msg.encode(\'utf-8\'),addr)
2、客户端1
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 __author__ = \'Linhaifeng\' 3 import socket 4 BUFSIZE=1024 5 udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) 6 7 qq_name_dic={ 8 \'狗哥alex\':(\'127.0.0.1\',8081), 9 \'瞎驴\':(\'127.0.0.1\',8081), 10 \'一棵树\':(\'127.0.0.1\',8081), 11 \'武大郎\':(\'127.0.0.1\',8081), 12 } 13 14 15 while True: 16 qq_name=input(\'请选择聊天对象: \').strip() 17 while True: 18 msg=input(\'请输入消息,回车发送: \').strip() 19 if msg == \'quit\':break 20 if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue 21 udp_client_socket.sendto(msg.encode(\'utf-8\'),qq_name_dic[qq_name]) 22 23 back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE) 24 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\'))) 25 26 udp_client_socket.close()
3、客户端2
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 __author__ = \'Linhaifeng\' 3 import socket 4 BUFSIZE=1024 5 udp_client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) 6 7 qq_name_dic={ 8 \'狗哥alex\':(\'127.0.0.1\',8081), 9 \'瞎驴\':(\'127.0.0.1\',8081), 10 \'一棵树\':(\'127.0.0.1\',8081), 11 \'武大郎\':(\'127.0.0.1\',8081), 12 } 13 14 15 while True: 16 qq_name=input(\'请选择聊天对象: \').strip() 17 while True: 18 msg=input(\'请输入消息,回车发送: \').strip() 19 if msg == \'quit\':break 20 if not msg or not qq_name or qq_name not in qq_name_dic:continue 21 udp_client_socket.sendto(msg.encode(\'utf-8\'),qq_name_dic[qq_name]) 22 23 back_msg,addr=udp_client_socket.recvfrom(BUFSIZE) 24 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\'))) 25 26 udp_client_socket.close()
四、应用二:时间服务器(NTP服务)
1、ntp服务端
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 __author__ = \'Linhaifeng\' 3 from socket import * 4 from time import strftime 5 6 ip_port=(\'127.0.0.1\',9000) 7 bufsize=1024 8 9 tcp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 10 tcp_server.bind(ip_port) 11 12 while True: 13 msg,addr=tcp_server.recvfrom(bufsize) 14 print(\'===>\',msg) 15 16 if not msg: 17 time_fmt=\'%Y-%m-%d %X\' 18 else: 19 time_fmt=msg.decode(\'utf-8\') 20 back_msg=strftime(time_fmt) 21 22 tcp_server.sendto(back_msg.encode(\'utf-8\'),addr) 23 24 tcp_server.close()
2、ntp客户端
1 #_*_coding:utf-8_*_ 2 __author__ = \'Linhaifeng\' 3 from socket import * 4 ip_port=(\'127.0.0.1\',9000) 5 bufsize=1024 6 7 tcp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM) 8 9 10 11 while True: 12 msg=input(\'请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: \').strip() 13 tcp_client.sendto(msg.encode(\'utf-8\'),ip_port) 14 15 data=tcp_client.recv(bufsize) 16 17 print(data.decode(\'utf-8\')) 18 19 tcp_client.close()
六、粘包
一、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:有些命令既有正确的输出,也有错误的输出。例如:命令ls -l ; lllllll ; pwd 的结果是既有正确stdout结果,又有错误stderr结果
1、tcp程序:运行tcp程序时,会发生粘包
1<以上是关于网络编程——socket编程的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章