Python Socket网络编程详解-白红宇

Python Socket网络编程详解

阅读量：4955 次

发布时间：2019-06-12

本文共 10206 字，大约阅读时间需要 34 分钟。

Socket 简介

socket通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

socket模块是针对服务器端和客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

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。

Socket 参数

socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM,0) # socket 模块中，socket 类.

def __init__(self, family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None): # socket 类构造函数

参数一：地址簇

socket.AF_INET IPv4（默认）

socket.AF_INET6 IPv6

socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二：类型

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；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。

socket.SOCK_RDM #是一种可靠的UDP形式，即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问，在需要执行某些特殊操作时使用，如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。

参数三：协议

0　　（默认）与特定的地址家族相关的协议,如果是 0 ，则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

Socket 实例参数介绍

                            
sk.bind(address) 必会
　　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) 必会
　　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
) 必会
　　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() 必会
　　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) 必会
　　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() 必会
　　关闭套接字
sk.recv(bufsize[,flag]) 必会
　　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]) 必会
　　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]) 必会
　　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。
sk.sendto(string[,flag],address)
　　将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。
sk.settimeout(timeout) 必会
　　设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为
None
表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如 client 连接最多等待
5s
）
sk.getpeername()  必会
　　返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
sk.getsockname()
　　返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
sk.fileno()
　　套接字的文件描述符
socket.sendfile(
file
, offset
=
0
, count
=
None
)
     
发送文件 ，但目前多数情况下并无什么卵用。
         
       

Socket 示例

1. 发送一次数据，返回一次数据，然后断开连接。

server

                            
__author__ 
=
"bushaoxun"
import
socket
server 
=
socket.socket() 
# 初始化一个实例
server.bind((
"localhost"
,
1234
)) 
# 绑定监听的端口
server.listen() 
# 监听
print
(
"准备通信"
)
conn,address 
=
server.accept() 
# 等待接收信息
# conn 客户端连接过来服务器端生成的一个连接实例，address 是客户端的地址的端口
print
(conn,address)
data 
=
conn.recv(
2048
)
print
(data)
conn.send(data.upper())
server.close()
# 执行结果
准备通信
<socket.socket fd
=
112
, family
=
AddressFamily.AF_INET, 
type
=
SocketKind.SOCK_STREAM, proto
=
0
, laddr
=
(
'127.0.0.1'
, 
1234
), raddr
=
(
'127.0.0.1'
, 
54221
)> (
'127.0.0.1'
, 
54221
)
b
'I am a pure man\xef\xbc\x8c\xe5\xbf\x85\xe9\xa1\xbb\xe7\x9a\x84'
         
       

client

                            
import
socket
client 
=
socket.socket() 
# 声明socket类型，同时生成socket连接对象.  socket()是模块中的类
client.connect((
"localhost"
,
1234
))
client.send(
"I am a pure man，必须的"
.encode(
"utf-8"
))
data 
=
client.recv(
2048
)
print
(data.decode(
"utf-8"
))
# 执行结果
I AM A PURE MAN，必须的
         
       

2.服务器端只能和单个客户端进行通信，可以进行多次发送多次返回。新连接的客户端只能等待，上一个客户断开，新的客户才能连接

server

                            
import
socket,os
server 
=
socket.socket() 
# 初始化一个 socket 实例
server.bind((
"localhost"
,
1234
)) 
# 绑定 IP 地址
server.listen() 
# 启动监听
while
True
:
    
print
(
"准备执行命令"
)
    
conn,address 
=
server.accept()  
# 等待接收信息
    
# conn就是客户端连过来而在服务器端为其生成的一个连接实例.只有客户端连接后才会生成
    
print
(conn, address)
    
while
True
:
        
print
(
"接受命令"
)
        
command 
=
conn.recv(
2048
) 
# 接收命令
        
if
not
command:
            
print
(
"客户端已经断开"
)
            
break
        
print
(
"执行以下命令"
)
        
print
(command.decode(
"utf-8"
))
        
data 
=
os.popen(command.decode(
"utf-8"
)).read() 
# 执行接受的命令，并且读到内存对象。注意 popen 返回一个文件描述符对象
        
if
len
(data) 
=
=
0
:
            
data 
=
"没有这个命令"
        
conn.sendall(data.encode(
"utf-8"
))
server.close()
         
       

client

                            
import
socket
client 
=
socket.socket()  
# 声明socket类型，同时生成socket连接对象.  socket()是模块中的类
client.connect((
"localhost"
, 
1234
))
while
True
:
    
msg 
=
input
(
">>:"
).strip()
    
if
len
(msg) 
=
=
0
:
        
continue
    
client.send(msg.encode(
"utf-8"
))
    
data 
=
client.recv(
8192
)
    
print
(data.decode(
"utf-8"
))
client.close()
         
       

Socket 粘包

Socket 实现简单的 ssh 服务端和客户端.

1.循环接收服务端发送的数据，确保一次性完全接收

server

                            
import
socket,os
server 
=
socket.socket()
# 初始化一个 socket 实例
server.bind((
"localhost"
,
5210
))
server.listen() 
# 启动监听
while
True
:
    
print
(
"等待客户端连接"
)
    
conn,address 
=
server.accept() 
# 返回一个元组，两个值。 等待客户端连接
    
# conn 客户端连接后生成的一个实例. address 是客户端的 ip 和端口
    
print
(
"准备接受执行的命令"
)
    
while
True
:
        
command 
=
conn.recv(
2048
)
        
if
not
command:
            
print
(
"客户端已经断开"
)
            
break
        
result 
=
os.popen(command.decode(
"utf-8"
)).read() 
# popen 方法返回一个文件描述符对象
        
#print(result)
        
if
len
(result.encode(
"utf-8"
)) 
=
=
0
:
            
result 
=
"命令不正确或者缺少参数"
        
send_size 
=
len
(result.encode(
"utf-8"
))  
# 发送将要返回的字符串长度
        
print
(send_size)
        
conn.send(
str
(send_size).encode(
"utf-8"
))
        
conn.send(result.encode(
"utf-8"
))
server.close()
         
       

client

                            
import
socket
client 
=
socket.socket() 
# 初始化一个客户端实例
client.connect((
"localhost"
,
5210
)) 
# 连接客户端
while
True
:
    
command 
=
input
(
"请输入命令: "
).strip() 
# strip() 去除字符串两端的空格
    
if
len
(command) 
=
=
0
:
        
continue
    
client.send(command.encode(
"utf-8"
))
    
result_size 
=
int
(client.recv(
1024
).decode(
"utf-8"
))  
# 字符段的长度
    
print
()
    
receive_size 
=
0
    
receive_data 
=
b""
    
#print(result_size)
    
while
receive_size < result_size:  
# 当接收到长度小于需要需要接收的长度时，循环接受数据
        
data 
=
client.recv(
1024
)
        
receive_size 
+
=
len
(data)
        
receive_data 
+
=
data
    
else
:
        
print
(
"receive_size"
,receive_size,
"\n"
"result_size"
,result_size)
        
print
(receive_data.decode(
"utf-8"
))
client.close()
         
       

2.粘包问题

服务器端调用send时，数据其实并没有立刻被发送给客户端，而是放到了系统的socket发送缓冲区里，等缓冲区满了、或者数据等待超时了，数据才会被send到客户端，这样就把好几次的小数据拼成一个大数据，统一发送到客户端了，这么做的目地是为了提高io利用效率，一次性发送总比连发好几次效率高嘛。但也带来一个问题，就是“粘包”，即2次或多次的数据粘在了一起统一发送

修复粘包问题的方法

1. time.sleep(0.5)，让服务器程序sleep 至少0.5就会造成缓冲区超时

2.调用 conn.recv(1024), 由于recv在接收不到数据时是阻塞的，这样就会造成，服务器端接收不到客户端的响应，就不会执行后面的conn.sendall(命令结果)的指令，收到客户端响应后，再发送命令结果时，缓冲区就已经被清空了，因为上一次的数据已经被强制发到客户端了。

代码实现

server

                            
import
socket,os
server 
=
socket.socket()
# 初始化一个 socket 实例
server.bind((
"localhost"
,
5210
))
server.listen() 
# 启动监听
while
True
:
    
print
(
"等待客户端连接"
)
    
conn,address 
=
server.accept() 
# 返回一个元组，两个值。 等待客户端连接
    
# conn 客户端连接后生成的一个实例. address 是客户端的 ip 和端口
    
print
(
"准备接受执行的命令"
)
    
while
True
:
        
command 
=
conn.recv(
2048
)
        
if
not
command:
            
print
(
"客户端已经断开"
)
            
break
        
result 
=
os.popen(command.decode(
"utf-8"
)).read() 
# popen 方法返回一个文件描述符对象
        
#print(result)
        
if
len
(result.encode(
"utf-8"
)) 
=
=
0
:
            
result 
=
"命令不正确或者缺少参数"
        
send_size 
=
len
(result.encode(
"utf-8"
))  
# 发送将要返回的字符串长度
        
print
(send_size)
        
conn.send(
str
(send_size).encode(
"utf-8"
))
        
conn.recv(
1024
)  
#<strong> 接收客户端响应</strong>
        
conn.send(result.encode(
"utf-8"
))
server.close()
         
       

client

                            
import
socket
client 
=
socket.socket() 
# 初始化一个客户端实例
client.connect((
"localhost"
,
5210
)) 
# 连接客户端
while
True
:
    
command 
=
input
(
"请输入命令: "
).strip() 
# strip() 去除字符串两端的空格
    
if
len
(command) 
=
=
0
:
        
continue
    
client.send(command.encode(
"utf-8"
))
    
result_size 
=
int
(client.recv(
1024
).decode(
"utf-8"
))  
# 字符段的长度
    
client.send(b
"hello,world"
) 
# 发送响应给服务器端
    
print
()
    
receive_size 
=
0
    
receive_data 
=
b""
    
#print(result_size)
    
while
receive_size < result_size:  
# 当接收到长度小于需要需要接收的长度时，循环接受数据
        
data 
=
client.recv(
1024
)
        
receive_size 
+
=
len
(data)
        
receive_data 
+
=
data
    
else
:
        
print
(
"receive_size"
,receive_size,
"\n"
"result_size"
,result_size)
        
print
(receive_data.decode(
"utf-8"
))
client.close()
         
       

SocketServer

socketserver 的类型

class socketserver.TCPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

class socketserver.UDPServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

class socketserver.UnixStreamServer(server_address, RequestHandlerClass, bind_and_activate=True)

class socketserver.UnixDatagramServer(server_address, RequestHandlerClass,bind_and_activate=True)

如何创建一个socketserver

首先，创建一个请求控制类，这个类继承 BaseRequestHandler,然后重构这个类的方法 handle(), handle() 方法处理客户端传进来的请求

实例化socketserver 模块的类，类有上面列举的四种类型，然后传入服务器的地址和步骤一创建的请求控制类

调用实例化后类的handle_request() 或 serve_forever()，处理一个或多个请求

最后，调用 server_close 关闭 socket

socketserver 实现简单的命令交互

server

                                        
import
socketserver,os
class
Tcphandler(socketserver.BaseRequestHandler):
    
def
handle(
self
): 
# 服务器端要执行的操作全部写在函数里
        
while
True
:
             
try
:
                 
self
.data 
=
self
.request.recv(
1024
).strip()
                 
print
(
self
.client_address)
                 
print
(
self
.data)
                 
self
.result 
=
os.popen(
self
.data.decode(
"utf-8"
)).read()
                 
if
len
(
self
.result) 
=
=
0
:
                     
self
.result 
=
"命令或者参数不正确，请重新输入"
                 
send_size 
=
len
(
self
.result.encode(
"utf-8"
))
                 
self
.request.send(
str
(send_size).encode(
"utf-8"
))
                 
self
.request.recv(
1024
)
                 
self
.request.sendall(
self
.result.encode(
"utf-8"
))
             
except
ConnectionResetError as e:
                 
print
(e)
                 
break
if
__name__ 
=
=
"__main__"
:
    
HOST,PORT 
=
"localhost"
,
5210
    
server 
=
socketserver.TCPServer((HOST,PORT),Tcphandler)  
# 启动一个实例，尅说客户端连接
    
server.serve_forever()  
# 实例可以为多个客户端服务，但是必须是一个执行完断开，另一个再执行
    
server.allow_reuse_address 
# 可以重用 IP 地址
    
server.server_close()
             
           