Python网络编程之socket与socketserver

Kefira ·

更新时间:2024-09-20

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一、基于TCP协议的socket套接字编程

1、套接字工作流程

1、服务端套接字函数

2、客户端套接字函数

3、公共用途的套接字函数

4、面向锁的套接字方法

5、面向文件的套接字的函数

2、基于TCP协议的套接字编程

1、服务端

2、客户端

3、地址占用问题

1、方法一：加入一条socket配置，重用ip和端口

2、方法二：通过调整linux内核参数

4、模拟ssh远程执行命令

5、粘包

1、发送端需要等缓冲区满才发送出去，造成粘包

2、接收方不及时接收缓冲区的包，造成多个包接收

6、解决粘包问题

1、先发送的字节流总大小(low版)

2、自定义固定长度报头（struct模块）

二、基于UDP协议的socket套接字编程

UDP套接字简单示例

1、服务端

2、客户端

三、基于socketserver实现并发的socket编程

1、基于TCP协议

1、 server类

2、 request类

3、服务端

4、客户端

2、基于UDP协议

1、服务端

2、客户端

四、Python Internet 模块

一、基于TCP协议的socket套接字编程 1、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，使用以下Python代码实现：

import socket
# 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
socket.socket(socket_family, socket_type, protocal=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)

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

2、基于TCP协议的套接字编程

可以通过netstat -an | findstr 8080查看套接字状态

1、服务端

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # tcp称为流式协议,udp称为数据报协议SOCK_DGRAM
# print(phone)
# 2、插入/绑定手机卡
# phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
# 3、开机
phone.listen(5) # 半连接池，限制的是请求数
# 4、等待电话连接
print('start....')
while True: # 连接循环
conn, client_addr = phone.accept() # （三次握手建立的双向连接，（客户端的ip，端口））
# print(conn)
print('已经有一个连接建立成功', client_addr)
# 5、通信：收\发消息
while True: # 通信循环
try:
print('服务端正在收数据...')
data = conn.recv(1024) # 最大接收的字节数，没有数据会在原地一直等待收，即发送者发送的数据量必须>0bytes
# print('===>')
if len(data) == 0: break # 在客户端单方面断开连接，服务端才会出现收空数据的情况
print('来自客户端的数据', data)
conn.send(data.upper())
except ConnectionResetError:
break
# 6、挂掉电话连接
 conn.close()
# 7、关机
phone.close()
# start....
# 已经有一个连接建立成功 ('127.0.0.1', 4065)
# 服务端正在收数据...
# 来自客户端的数据 b'\xad'
# 服务端正在收数据...

2、客户端

import socket
# 1、买手机
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# print(phone)
# 2、拨电话
phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 指定服务端ip和端口
# 3、通信：发\收消息
while True: # 通信循环
msg = input('>>: ').strip() # msg=''
if len(msg) == 0: continue
phone.send(msg.encode('utf-8'))
# print('has send----->')
data = phone.recv(1024)
# print('has recv----->')
print(data)
# 4、关闭
phone.close()
# >>: 啊
# b'a'
# >>: 啊啊
# b'\xb0\xa1\xb0\xa1'
# >>:

3、地址占用问题

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）

1、方法一：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))

2、方法二：通过调整linux内核参数

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

4、模拟ssh远程执行命令

服务端通过subprocess执行该命令,然后返回命令的结果。

服务端：

from socket import *
import subprocess
server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)
print('start...')
while True:
conn, client_addr = server.accept()
while True:
print('from client:', client_addr)
cmd = conn.recv(1024)
if len(cmd) == 0: break
print('cmd:', cmd)
obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'), # 输入的cmd命令
shell=True, # 通过shell运行
stderr=subprocess.PIPE, # 把错误输出放入管道，以便打印
stdout=subprocess.PIPE) # 把正确输出放入管道，以便打印
stdout = obj.stdout.read() # 打印正确输出
stderr = obj.stderr.read() # 打印错误输出
conn.send(stdout)
conn.send(stderr)
conn.close()
server.close()

客户端

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
data = input('please enter your data')
client.send(data.encode('utf8'))
data = client.recv(1024)
print('from server:', data)
client.close()

输入dir命令，由于服务端发送字节少于1024字节，客户端可以接受。

输入tasklist命令，由于服务端发送字节多于1024字节，客户端只接受部分数据，并且当你再次输入dir命令的时候，客户端会接收dir命令的结果，但是会打印上一次的剩余未发送完的数据，这就是粘包问题。

5、粘包 1、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，数据量很小，会合到一起，产生粘包。

服务端

# _*_coding:utf-8_*_
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()

客户端

# _*_coding:utf-8_*_
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('world'.encode('utf-8'))
# 服务端一起收到b'helloworld'

2、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。

服务端

# _*_coding:utf-8_*_
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()

客户端

# _*_coding:utf-8_*_
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'))

6、解决粘包问题 1、先发送的字节流总大小(low版)

问题的根源在于，接收端不知道发送端将要传送的字节流的长度，所以解决粘包的方法就是围绕，如何让发送端在发送数据前，把自己将要发送的字节流总大小让接收端知晓，然后接收端来一个死循环接收完所有数据。

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。

服务端：

import socket, subprocess
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)
while True:
conn, addr = server.accept()
print('start...')
while True:
cmd = conn.recv(1024)
print('cmd:', cmd)
obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)
stdout = obj.stdout.read()
if stdout:
ret = stdout
else:
stderr = obj.stderr.read()
ret = stderr
ret_len = len(ret)
 conn.send(str(ret_len).encode('utf8'))
data = conn.recv(1024).decode('utf8')
if data == 'recv_ready':
conn.sendall(ret)
conn.close()
server.close()

客户端：

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
msg = input('please enter your cmd you want>>>').strip()
if len(msg) == 0: continue
client.send(msg.encode('utf8'))
length = int(client.recv(1024))
client.send('recv_ready'.encode('utf8'))
send_size = 0
recv_size = 0
data = b''
while recv_size < length:
data = client.recv(1024)
recv_size += len(data)
print(data.decode('utf8'))

2、自定义固定长度报头（struct模块）

struct模块解析

import struct
import json
# 'i'是格式
try:
obj = struct.pack('i', 1222222222223)
except Exception as e:
print(e)
obj = struct.pack('i', 1222)
print(obj, len(obj))
# 'i' format requires -2147483648 <= number <= 2147483647
# b'\xc6\x04\x00\x00' 4
res = struct.unpack('i', obj)
print(res[0])
# 1222

解决粘包问题的核心就是：为字节流加上自定义固定长度报头，报头中包含字节流长度，然后一次send到对端，对端在接收时，先从缓存中取出定长的报头，然后再取真实数据。

1、使用struct模块创建报头：

import json
import struct
header_dic = {
'filename': 'a.txt',
'total_size':111111111111111111111111111111111222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222223131232,
'hash': 'asdf123123x123213x'
}
header_json = json.dumps(header_dic)
header_bytes = header_json.encode('utf-8')
print(len(header_bytes))# 223
# 'i'是格式
obj = struct.pack('i', len(header_bytes))
print(obj, len(obj))
# b'\xdf\x00\x00\x00' 4
res = struct.unpack('i', obj)
print(res[0])
# 223

2、服务端：

from socket import *
import subprocess
import struct
import json
server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
server.listen(5)
print('start...')
while True:
conn, client_addr = server.accept()
print(conn, client_addr)
while True:
cmd = conn.recv(1024)
obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)
stderr = obj.stderr.read()
stdout = obj.stdout.read()
# 制作报头
header_dict = {
'filename': 'a.txt',
'total_size': len(stdout) + len(stderr),
'hash': 'xasf123213123'
}
header_json = json.dumps(header_dict)
header_bytes = header_json.encode('utf8')
# 1. 先把报头的长度len(header_bytes)打包成4个bytes，然后发送
conn.send(struct.pack('i', len(header_bytes)))
# 2. 发送报头
 conn.send(header_bytes)
# 3. 发送真实的数据
 conn.send(stdout)
conn.send(stderr)
conn.close()
server.close()

3、客户端：

from socket import *
import json
import struct
client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
while True:
cmd = input('please enter your cmd you want>>>')
if len(cmd) == 0: continue
client.send(cmd.encode('utf8'))
# 1. 先收4个字节，这4个字节中包含报头的长度
header_len = struct.unpack('i', client.recv(4))[0]
# 2. 再接收报头
header_bytes = client.recv(header_len)
# 3. 从包头中解析出想要的东西
header_json = header_bytes.decode('utf8')
header_dict = json.loads(header_json)
total_size = header_dict['total_size']
# 4. 再收真实的数据
recv_size = 0
res = b''
while recv_size < total_size:
data = client.recv(1024)
res += data
recv_size += len(data)
print(res.decode('utf8'))
client.close()

二、基于UDP协议的socket套接字编程 UDP是无链接的，先启动哪一端都不会报错，并且可以同时多个客户端去跟服务端通信UDP协议是数据报协议，发空的时候也会自带报头，因此客户端输入空，服务端也能收到。UPD协议一般不用于传输大数据。UPD套接字无粘包问题，但是不能替代TCP套接字，因为UPD协议有一个缺陷：如果数据发送的途中，数据丢失，则数据就丢失了，而TCP协议则不会有这种缺陷，因此一般UPD套接字用户无关紧要的数据发送，例如qq聊天。 UDP套接字简单示例 1、服务端

import socket
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 数据报协议-》UDP
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
while True:
data, client_addr = server.recvfrom(1024)
print('===>', data, client_addr)
server.sendto(data.upper(), client_addr)
server.close()

2、客户端

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 数据报协议-》UDP
while True:
msg = input('>>: ').strip() # msg=''
client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
data, server_addr = client.recvfrom(1024)
print(data)
client.close()

三、基于socketserver实现并发的socket编程 1、基于TCP协议

基于tcp的套接字，关键就是两个循环，一个链接循环，一个通信循环

socketserver模块中分两大类：server类（解决链接问题）和request类（解决通信问题）。

1、 server类

2、 request类

基于tcp的socketserver我们自己定义的类中的。

self.server即套接字对象

self.request即一个链接

self.client_address即客户端地址 3、服务端

import socketserver
class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
# 通信循环
while True:
# print(self.client_address)
# print(self.request) #self.request=conn
try:
data = self.request.recv(1024)
if len(data) == 0: break
self.request.send(data.upper())
except ConnectionResetError:
break
if __name__ == '__main__':
s = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8080), MyHandler, bind_and_activate=True)
s.serve_forever() # 代表连接循环
# 循环建立连接，每建立一个连接就会启动一个线程（服务员）+调用Myhanlder类产生一个对象，调用该对象下的handle方法，专门与刚刚建立好的连接做通信循环

4、客户端

import socket
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.connect(('127.0.0.1', 8080)) # 指定服务端ip和端口
while True:
# msg=input('>>: ').strip() #msg=''
msg = 'client33333' # msg=''
if len(msg) == 0: continue
phone.send(msg.encode('utf-8'))
data = phone.recv(1024)
print(data)
phone.close()

2、基于UDP协议

基于udp的socketserver我们自己定义的类中的

self.request是一个元组（第一个元素是客户端发来的数据，第二部分是服务端的udp套接字对象），如(b'adsf', )

self.client_address即客户端地址

1、服务端

import socketserver
class MyHandler(socketserver.BaseRequestHandler):
def handle(self):
# 通信循环
print(self.client_address)
print(self.request)
data = self.request[0]
print('客户消息', data)
self.request[1].sendto(data.upper(), self.client_address)
if __name__ == '__main__':
s = socketserver.ThreadingUDPServer(('127.0.0.1', 8080), MyHandler)
s.serve_forever()

2、客户端

import socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 数据报协议-》udp
while True:
# msg=input('>>: ').strip() #msg=''
msg = 'client1111'
client.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8080))
data, server_addr = client.recvfrom(1024)
print(data)
client.close()

四、Python Internet 模块

以下列出了 Python 网络编程的一些重要模块：

协议功能用处端口号Python 模块

HTTP	网页访问	80	httplib, urllib, xmlrpclib
NNTP	阅读和张贴新闻文章，俗称为"帖子"	119	nntplib
FTP	文件传输	20	ftplib, urllib
SMTP	发送邮件	25	smtplib
POP3	接收邮件	110	poplib
IMAP4	获取邮件	143	imaplib
Telnet	命令行	23	telnetlib
Gopher	信息查找	70	gopherlib, urllib