Python 之网络编程基础
套接字（socket）初使用
基于TCP協議的socket
tcp是基于鏈接的，必須先啟動服務端，然后再啟動客戶端去鏈接服務端
server端
import socket sk = socket.socket() sk.bind(('127.0.0.1',8898)) # 把地址綁定到套接字 sk.listen() # 監聽鏈接 conn,addr = sk.accept() # 接受客戶端鏈接 ret = conn.recv(1024) # 接收客戶端信息 print(ret) # 打印客戶端信息 conn.send(b'hi') # 向客戶端發送信息 conn.close() # 關閉客戶端套接字 sk.close() # 關閉服務器套接字(可選)client端
import socket sk = socket.socket() # 創建客戶套接字 sk.connect(('127.0.0.1',8898)) # 嘗試連接服務器 sk.send(b'hello!') ret = sk.recv(1024) # 對話(發送/接收) print(ret) sk.close() # 關閉客戶套接字問題：有的同學在重啟服務端時可能會遇到端口已被占用
# 加入一條socket配置，重用ip和端口 import socket from socket import SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR sk = socket.socket() sk.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) # 就是它，在bind前加 sk.bind(('127.0.0.1',8898)) # 把地址綁定到套接字 sk.listen() # 監聽鏈接 conn,addr = sk.accept() # 接受客戶端鏈接 ret = conn.recv(1024) # 接收客戶端信息 print(ret) # 打印客戶端信息 conn.send(b'hi') # 向客戶端發送信息 conn.close() # 關閉客戶端套接字 sk.close() # 關閉服務器套接字(可選)基于UDP協議的socket
udp是無鏈接的，啟動服務之后可以直接接受消息，不需要提前建立鏈接
server端
import socket udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) # 創建一個服務器的套接字 udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000)) # 綁定服務器套接字 msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024) print(msg) udp_sk.sendto(b'hi',addr) # 對話(接收與發送) udp_sk.close() # 關閉服務器套接字client端
import socket ip_port=('127.0.0.1',9000) udp_sk=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) udp_sk.sendto(b'hello',ip_port) back_msg,addr=udp_sk.recvfrom(1024) print(back_msg.decode('utf-8'),addr)socket參數的詳解
socket.socket(family=AF_INET,type=SOCK_STREAM,proto=0,fileno=None)
參數說明：| family | 地址系列應為AF_INET(默認值),AF_INET6,AF_UNIX,AF_CAN或AF_RDS。 （AF_UNIX 域實際上是使用本地 socket 文件來通信） |
| type | 套接字類型應為SOCK_STREAM(默認值),SOCK_DGRAM,SOCK_RAW或其他SOCK_常量之一。 SOCK_STREAM?是基于TCP的，有保障的（即能保證數據正確傳送到對方）面向連接的SOCKET，多用于資料傳送。 SOCK_DGRAM?是基于UDP的，無保障的面向消息的socket，多用于在網絡上發廣播信息。 |
| proto | 協議號通常為零,可以省略,或者在地址族為AF_CAN的情況下,協議應為CAN_RAW或CAN_BCM之一。 |
| fileno | 如果指定了fileno,則其他參數將被忽略,導致帶有指定文件描述符的套接字返回。 與socket.fromfd()不同,fileno將返回相同的套接字,而不是重復的。 這可能有助于使用socket.close()關閉一個獨立的插座。 |
黏包成因
TCP協議中的數據傳遞
1.tcp協議的拆包機制
當發送端緩沖區的長度大于網卡的MTU時，tcp會將這次發送的數據拆成幾個數據包發送出去。MTU是Maximum Transmission Unit的縮寫。意思是網絡上傳送的最大數據包。MTU的單位是字節。 大部分網絡設備的MTU都是1500。如果本機的MTU比網關的MTU大，大的數據包就會被拆開來傳送，這樣會產生很多數據包碎片，增加丟包率，降低網絡速度。
2.面向流的通信特點和Nagle算法
TCP（transport control protocol，傳輸控制協議）是面向連接的，面向流的，提供高可靠性服務。
收發兩端（客戶端和服務器端）都要有一一成對的socket，因此，發送端為了將多個發往接收端的包，更有效的發到對方，使用了優化方法（Nagle算法），將多次間隔較小且數據量小的數據，合并成一個大的數據塊，然后進行封包。這樣，接收端，就難于分辨出來了，必須提供科學的拆包機制。 即面向流的通信是無消息保護邊界的。
對于空消息：tcp是基于數據流的，于是收發的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，防止程序卡住，而udp是基于數據報的，即便是你輸入的是空內容（直接回車），也可以被發送，udp協議會幫你封裝上消息頭發送過去。
可靠黏包的tcp協議：tcp的協議數據不會丟，沒有收完包，下次接收，會繼續上次繼續接收，己端總是在收到ack時才會清除緩沖區內容。數據是可靠的，但是會粘包。
基于tcp協議特點的黏包現象成因?
發送端可以是一K一K地發送數據，而接收端的應用程序可以兩K兩K地提走數據，當然也有可能一次提走3K或6K數據，或者一次只提走幾個字節的數據。也就是說，應用程序所看到的數據是一個整體，或說是一個流（stream），一條消息有多少字節對應用程序是不可見的，因此TCP協議是面向流的協議，這也是容易出現粘包問題的原因。
而UDP是面向消息的協議，每個UDP段都是一條消息，應用程序必須以消息為單位提取數據，不能一次提取任意字節的數據，這一點和TCP是很不同的。
怎樣定義消息呢？
可以認為對方一次性write/send的數據為一個消息，需要明白的是當對方send一條信息的時候，無論底層怎樣分段分片，TCP協議層會把構成整條消息的數據段排序完成后才呈現在內核緩沖區。例如基于tcp的套接字客戶端往服務端上傳文件，發送時文件內容是按照一段一段的字節流發送的，在接收方看了，根本不知道該文件的字節流從何處開始，在何處結束。此外，發送方引起的粘包是由TCP協議本身造成的，TCP為提高傳輸效率，發送方往往要收集到足夠多的數據后才發送一個TCP段。若連續幾次需要send的數據都很少，通常TCP會根據優化算法把這些數據合成一個TCP段后一次發送出去，這樣接收方就收到了粘包數據。
UDP不會發生黏包
UDP（user datagram protocol，用戶數據報協議）是無連接的，面向消息的，提供高效率服務。
不會使用塊的合并優化算法，, 由于UDP支持的是一對多的模式，所以接收端的skbuff(套接字緩沖區）采用了鏈式結構來記錄每一個到達的UDP包，在每個UDP包中就有了消息頭（消息來源地址，端口等信息），這樣，對于接收端來說，就容易進行區分處理了。 即面向消息的通信是有消息保護邊界的。
對于空消息：tcp是基于數據流的，于是收發的消息不能為空，這就需要在客戶端和服務端都添加空消息的處理機制，防止程序卡住，而udp是基于數據報的，即便是你輸入的是空內容（直接回車），也可以被發送，udp協議會幫你封裝上消息頭發送過去。
不可靠不黏包的udp協議：udp的recvfrom是阻塞的，一個recvfrom(x)必須對唯一一個sendinto(y),收完了x個字節的數據就算完成,若是y;x數據就丟失，這意味著udp根本不會粘包，但是會丟數據，不可靠。
補充說明: 用UDP協議發送時，用sendto函數最大能發送數據的長度為：65535- IP頭(20) – UDP頭(8)＝65507字節。用sendto函數發送數據時，如果發送數據長度大于該值，則函數會返回錯誤。（丟棄這個包，不進行發送） 用TCP協議發送時，由于TCP是數據流協議，因此不存在包大小的限制（暫不考慮緩沖區的大小），這是指在用send函數時，數據長度參數不受限制。而實際上，所指定的這段數據并不一定會一次性發送出去，如果這段數據比較長，會被分段發送，如果比較短，可能會等待和下一次數據一起發送。
會發生黏包的兩種情況
情況一 發送方的緩存機制
發送端需要等緩沖區滿才發送出去，造成粘包（發送數據時間間隔很短，數據了很小，會合到一起，產生粘包）
情況二 接收方的緩存機制
接收方不及時接收緩沖區的包，造成多個包接收（客戶端發送了一段數據，服務端只收了一小部分，服務端下次再收的時候還是從緩沖區拿上次遺留的數據，產生粘包）
總結
黏包現象只發生在tcp協議中：
- 從表面上看，黏包問題主要是因為發送方和接收方的緩存機制、tcp協議面向流通信的特點。
- 實際上，主要還是因為接收方不知道消息之間的界限，不知道一次性提取多少字節的數據所造成的
黏包的解決方案
解決方案一
事先告訴對方要接受的大小，然后sleep
存在的問題： 程序的運行速度遠快于網絡傳輸速度，所以在發送一段字節前，先用send去發送該字節流長度，這種方式會放大網絡延遲帶來的性能損耗
解決方案進階
我們可以借助一個模塊，這個模塊可以把要發送的數據長度轉換成固定長度的字節。這樣客戶端每次接收消息之前只要先接受這個固定長度字節的內容看一看接下來要接收的信息大小，那么最終接受的數據只要達到這個值就停止，就能剛好不多不少的接收完整的數據了。
struct模塊
該模塊可以把一個類型，如數字，轉成固定長度的bytes
struct.pack('i',1111111111111) struct.error: 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647 # 數太大了，所以報錯?
import json,struct #假設通過客戶端上傳1T:1073741824000的文件a.txt#為避免粘包,必須自定制報頭 header={'file_size':1073741824000,'file_name':'/a/b/c/d/e/a.txt','md5':'8f6fbf8347faa4924a76856701edb0f3'} #1T數據,文件路徑和md5值#為了該報頭能傳送,需要序列化并且轉為bytes head_bytes=bytes(json.dumps(header),encoding='utf-8') #序列化并轉成bytes,用于傳輸#為了讓客戶端知道報頭的長度,用struck將報頭長度這個數字轉成固定長度:4個字節 head_len_bytes=struct.pack('i',len(head_bytes)) #這4個字節里只包含了一個數字,該數字是報頭的長度#客戶端開始發送 conn.send(head_len_bytes) #先發報頭的長度,4個bytes conn.send(head_bytes) #再發報頭的字節格式 conn.sendall(文件內容) #然后發真實內容的字節格式#服務端開始接收 head_len_bytes=s.recv(4) #先收報頭4個bytes,得到報頭長度的字節格式 x=struct.unpack('i',head_len_bytes)[0] #提取報頭的長度head_bytes=s.recv(x) #按照報頭長度x,收取報頭的bytes格式 header=json.loads(json.dumps(header)) #提取報頭#最后根據報頭的內容提取真實的數據,比如 real_data_len=s.recv(header['file_size']) s.recv(real_data_len) #_*_coding:utf-8_*_ #http://www.cnblogs.com/coser/archive/2011/12/17/2291160.html __author__ = 'Linhaifeng' import struct import binascii import ctypesvalues1 = (1, 'abc'.encode('utf-8'), 2.7) values2 = ('defg'.encode('utf-8'),101) s1 = struct.Struct('I3sf') s2 = struct.Struct('4sI')print(s1.size,s2.size) prebuffer=ctypes.create_string_buffer(s1.size+s2.size) print('Before : ',binascii.hexlify(prebuffer)) # t=binascii.hexlify('asdfaf'.encode('utf-8')) # print(t)s1.pack_into(prebuffer,0,*values1) s2.pack_into(prebuffer,s1.size,*values2)print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer)) print(s1.unpack_from(prebuffer,0)) print(s2.unpack_from(prebuffer,s1.size))s3=struct.Struct('ii') s3.pack_into(prebuffer,0,123,123) print('After pack',binascii.hexlify(prebuffer)) print(s3.unpack_from(prebuffer,0))?使用struct解決黏包
借助struct模塊，我們知道長度數字可以被轉換成一個標準大小的4字節數字。因此可以利用這個特點來預先發送數據長度。
| 發送時 | 接收時 |
| 先發送struct轉換好的數據長度4字節 | 先接受4個字節使用struct轉換成數字來獲取要接收的數據長度 |
| 再發送數據 | 再按照長度接收數據 |
我們還可以把報頭做成字典，字典里包含將要發送的真實數據的詳細信息，然后json序列化，然后用struck將序列化后的數據長度打包成4個字節（4個字節足夠用了）
| 發送時 | 接收時 |
| 先發報頭長度 | 先收報頭長度，用struct取出來 |
| 再編碼報頭內容然后發送 | 根據取出的長度收取報頭內容，然后解碼，反序列化 |
| 最后發真實內容 | 從反序列化的結果中取出待取數據的詳細信息，然后去取真實的數據內容 |
socket的更多方法介紹
服務端套接字函數 s.bind() # 綁定(主機,端口號)到套接字 s.listen() # 開始TCP監聽 s.accept() # 被動接受TCP客戶的連接,(阻塞式)等待連接的到來客戶端套接字函數 s.connect() # 主動初始化TCP服務器連接 s.connect_ex() # connect()函數的擴展版本,出錯時返回出錯碼,而不是拋出異常公共用途的套接字函數 s.recv() # 接收TCP數據 s.send() # 發送TCP數據 s.sendall() # 發送TCP數據 s.recvfrom() # 接收UDP數據 s.sendto() # 發送UDP數據 s.getpeername() # 連接到當前套接字的遠端的地址 s.getsockname() # 當前套接字的地址 s.getsockopt() # 返回指定套接字的參數 s.setsockopt() # 設置指定套接字的參數 s.close() # 關閉套接字面向鎖的套接字方法 s.setblocking() # 設置套接字的阻塞與非阻塞模式 s.settimeout() # 設置阻塞套接字操作的超時時間 s.gettimeout() # 得到阻塞套接字操作的超時時間面向文件的套接字的函數 s.fileno() # 套接字的文件描述符 s.makefile() # 創建一個與該套接字相關的文件 官方文檔對socket模塊下的socket.send()和socket.sendall()解釋如下：socket.send(string[, flags]) Send data to the socket. The socket must be connected to a remote socket. The optional flags argument has the same meaning as for recv() above. Returns the number of bytes sent. Applications are responsible for checking that all data has been sent; if only some of the data was transmitted, the application needs to attempt delivery of the remaining data. send()的返回值是發送的字節數量，這個數量值可能小于要發送的string的字節數，也就是說可能無法發送string中所有的數據。如果有錯誤則會拋出異常。socket.sendall(string[, flags]) Send data to the socket. The socket must be connected to a remote socket. The optional flags argument has the same meaning as for recv() above. Unlike send(), this method continues to send data from string until either all data has been sent or an error occurs. None is returned on success. On error, an exception is raised, and there is no way to determine how much data, if any, was successfully sent. 嘗試發送string的所有數據，成功則返回None，失敗則拋出異常。故，下面兩段代碼是等價的： # sock.sendall('Hello world\n') # buffer = 'Hello world\n' # while buffer: # bytes = sock.send(buffer) # buffer = buffer[bytes:]?八.socketserver
# 固定格式，代碼在handle中寫，服務器端 import socketserver class Myserver(socketserver.BaseRequestHandler):def handle(self):self.data = self.request.recv(1024).strip()print("{} wrote:".format(self.client_address[0]))print(self.data)self.request.sendall(self.data.upper())if __name__ == "__main__":HOST, PORT = "127.0.0.1", 9999# 設置allow_reuse_address允許服務器重用地址socketserver.TCPServer.allow_reuse_address = True# 創建一個server, 將服務地址綁定到127.0.0.1:9999server = socketserver.TCPServer((HOST, PORT),Myserver)# 讓server永遠運行下去，除非強制停止程序server.serve_forever() # 客戶端 import socketHOST, PORT = "127.0.0.1", 9999 data = "hello"# 創建一個socket鏈接，SOCK_STREAM代表使用TCP協議 with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:sock.connect((HOST, PORT)) # 鏈接到客戶端sock.sendall(bytes(data + "\n", "utf-8")) # 向服務端發送數據received = str(sock.recv(1024), "utf-8")# 從服務端接收數據print("Sent: {}".format(data)) print("Received: {}".format(received))?
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Python 之网络编程基础的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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