关于socket知识整理

一个完整的计算机系统是由硬件、操作系统、应用软件三者组成,具备了这三个条件，一台计算机系统就可以玩单机游戏。如果你想上网（访问个黄色网站，发个黄色微博啥的），就需要遵守网络协议，即计算机之间交流的标准，按照分工不同可以把互联网协议从逻辑上划分层级，即ios七层协议，详见另一篇博客。参考博客（网络通信原理）：http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html

　　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。

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.close() 关闭套接字

　　根据相关流程和函数，先来实现一个简单的通讯。

server端

import socket

server = socket.socket()

server.bind(('127.25.0.0',8080)) #绑定ip，端口

server.listen(3) #python3中listen必须有参数，次数设为3，排队等待个数为3

while True: #循环接收不同ip，端口信息

print('等待联机...')

conn, addr = server.accept() #阻塞

print('new conn:',addr)

while True: #循环接收同个ip，端口的信息

try: #异常处理，在服务端接收、发送失败时，提示客户端断开

data = conn.recv(1024).decode('utf-8')

print('recv:',data)

while True: #若输入为空，重新输入

msg = input('>>>:').strip()

if len(msg) == 0:continue

else:break

conn.send(msg.encode('utf-8')) #发送

except ConnectionResetError as reason:

print('client has lost...\n')

break

server.close()

client端

import socket

client = socket.socket()

client.connect(('127.25.0.0',8080)) #连接服务端ip,端口

while True: #为空,重新输入

msg = input('>>>:').strip()

if len(msg) == 0:continue

client.send(msg.encode('utf-8')) #发送

data = client.recv(1024).decode('utf-8') #接收

print('recv:',data)

client.close()

　　这样，在服务端先运行的情况下，客户端能进行连接，实现一收一发的通讯方式，第一个连接未断开时，后面的连接只能等待前者断开，否则客户端无法接收后者的消息。要注意的是，当第一个连接断开时，会出现异常。在Windows中，出现ConnectionResetError的报错，可以利用try...except...进行异常捕捉处理。在linux中，客户端断开时，服务端无限接收空值，我们可以利用if进行判断。除了简单通讯，利用一收一发的原理，我们可以实现客户端命令服务端，并接收返回的命令结果。

server端

import socket,os

server = socket.socket()

server.bind(('localhost',9999))

server.listen(3)

while True:

print('等待联机...')

conn, addr = server.accept()

print('new conn:',addr)

while True:

print('准备接收指令...')

cmd = conn.recv(1024).decode('utf-8')

if not cmd: #在linux中，客户端断开即无限发送空值

print('客服端已断开...\n')

break

print('执行指令:',cmd)

data = os.popen(cmd).read() #接收字符串，执行结果也是字符串

data = data.encode('utf-8')

data_size = len(data)

conn.send(str(data_size).encode('utf-8')) #发送数据容量大小

if data_size == 0: #若指令不存在，则返回数据大小为0，只发送数据大小，不发送内容

print('指令不存在...')

continue

conn.send(data.encode('utf-8')) #发送数据

print('执行完毕...\n')

server.close()

client端

import socket

client = socket.socket()

client.connect(('localhost',9999))

while True:

cmd = input('输入指令，q退出\n>>>:')

if len(cmd) == 0:

print('指令不能为空...')

continue

if cmd == 'q':break #退出

client.send(cmd.encode('utf-8')) #发送指令

data_size = client.recv(1024) #接收数据容量大小

data_size = int(data_size.decode('utf-8'))

if data_size == 0: #若接收到的数据容量为0，说明指令不存在

print('指令不存在...')

continue

print('接收数据大小',data_size)

received_size = 0 #已接收的数据大小

received_data = b'' #已接收的数据

while data_size > received_size: #循环接收数据，并计算接收到的数据大小

#最后一次接收数据为剩余数据，防止连续接收导致出现粘包现象

if data_size - received_size > 1024: #接收不止一次

size = 1024

else:

size = data_size - received_size #最后一次接收,剩多少收多少

data = client.recv(size)

received_size += len(data)

received_data += data

else:

print('执行完毕',received_size) #接收的数据大小

print() #为了美观，数据单独打印

print(received_data.decode('utf-8')) #打印数据

client.close()

　　特别注意，在TCP中，当两次连续接收时会出现粘包的现象，即（1）发送数据时间间隔很短，数据了很小，会合到一起，产生粘包（2）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。解决粘包问题的方法，即（1）利用time模块，time.sleep(0.5)增长大约0.5的发送间隔（2）在两次发送之间插入一次接收（3）严格限制每次接收的数据大小。下面，我们来模拟客户端在服务端中下载文件。

server端

import socket,os,hashlib

server = socket.socket()

server.bind(('127.0.0.1',8080))

server.listen(3)

while True:

print('等待联机...')

conn, addr = server.accept()

print('new conn:',addr)

while True:

print('准备接收指令...')

cmd = conn.recv(1024).decode('utf-8') #接收客户端指令

if not cmd: #在linux中，客户端断开即无限发送空值

print('客服端已断开...\n')

break

cmd, filename = cmd.split() #如:文件发送，send filename，get filename

print(filename)

if os.path.isfile(filename):

f = open(filename,'rb')

m = hashlib.md5()

file_size = os.stat(filename).st_size #获得文件大小

conn.send(str(file_size).encode('utf-8')) #发送文件大小

conn.recv(1024) #等待客户端确认

for line in f:

m.update(line)

conn.send(line)

f.close()

conn.send(m.hexdigest().encode('utf-8')) #发送md5

print('发送完毕...\n')

server.close()

client端

import socket,hashlib

client = socket.socket()

client.connect(('127.0.0.1',8080))

while True:

cmd = input('>>>:').strip() #执行下载

if len(cmd) == 0:continue

if cmd.startswith('get'):

client.send(cmd.encode('utf-8'))

data_size = int(client.recv(1024).decode('utf-8'))

print('文件大小为:',data_size)

client.send('准备接收...'.encode()) #客户端确认接收

received_size = 0

filename = cmd.split()[1]

f = open(filename+'.new','wb')

m = hashlib.md5()

while data_size > received_size:

if data_size - received_size > 1024: #不止一次接收，接收1024

size = 1024

else:

size = data_size - received_size #最后一次接收，接收全部

data = client.recv(size)

received_size += len(data)

m.update(data)

f.write(data)

else:

f.close()

new_md5 = m.hexdigest() #客户端md5

print('接受完毕...')

old_md5 = client.recv(1024).decode('utf-8') #接收服务端md5

print('server file md5:',old_md5) #验证md5

print('client file md5:',new_md5)

client.close()

　　此时，依然是一收一发的方式，限制了我们的交流的效率，总觉得太low了。

server端

import socketserver,time

class MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):

def handle(self):

while True:

try:

self.data = self.request.recv(1024).decode('utf-8')

print('来自:',self.client_address)

print('[%s]:%s\n' % (time.ctime(),self.data))

self.request.send(self.data.upper().encode('utf-8'))

except ConnectionResetError as reason:

print('{}已下线...\n'.format(self.client_address))

break

if __name__ == '__main__':

HOST, PORT = 'localhost', 9999

ADDR = (HOST, PORT)

server = socketserver.ThreadingTCPServer(ADDR, MyTCPHandler)

server.serve_forever()

client端

import socket

HOST, PORT = 'localhost', 9999

ADDR = (HOST, PORT)

client = socket.socket()

client.connect(ADDR)

while True:

msg = input('>>>:').strip()

if len(msg) == 0:continue

client.send(msg.encode('utf-8'))

data = client.recv(1024)

print('recv:',data.decode('utf-8'))

client.close()

效果图

　　这样我们实现了单服务端与多客户端进行交流，此处用到的是多线程。此外，关于多线程，多进程，协程的原理和方法，之后再重新开篇单独记叙。

此处留连接地址将来用。

经过了多次实践，已经掌握了简单通讯，远程命令，文件下载，一对多交流。可以开发一个支持多用户在线的FPT程序，要求如下：

1.用户加密认证

2.允许多用户同时登录

3.每个用户拥有自己的家目录，且只能访问自己的家目录

4.对用户进行磁盘配额，每个用户可用空间不同

5.允许用户在ftp server上随意切换目录

6.允许用户查看当前的目录下的文件

7.允许上传和下载文件，保证文件的一致性

8.文件传输过程中显示进度条

9.附加功能：支持文件的断点续传及下载

此处留连接地址将来用。