python之路-网络编程
1.osi七层协议
互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层
1.物理层用来发送单纯的电信号 2.数据链接层（遵循以太网协议）：可以确定一个mac地址（用来确定子网内一个具体的mac）
3.网络层（ip协议）：ip协议和IP子网掩码结合得到一个网段。（用来确定子网的范围） 4.传输层（tcp或udb协议）：传输要遵循tcp或udb协议
5.应用层：应用软件需要所在的层面。
6.相互联系的示意图
二.socket层
1.socket层示意图
2.socket层是应用层和传输层之间通信之间的通信抽象层，属于一组接口，在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，
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去组织数据，以符合指定的协议。
三.套接字的分类
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。
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
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)
四.套接字的流程
例如生活中电话的例子
基于tcp协议的套接字程序
1.服务端的套接字程序
import socket # 买手机 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 绑定IP地址 phone.bind(('127.0.0.1',9000)) #设置接收的最大目标数 phone.listen(5) # 开始打电话 while True:#连接循环 print('start') conn,addr=phone.accept() print(conn,addr) print('IP:%s,PORT:%s'%(addr[0],addr[1])) while True:#通信循环 data=conn.recv(1024) data=data.decode('utf-8') print(data) if data=='q': break mes=input('>>>') conn.send(mes.encode('utf-8')) conn.close() phone.close()
2.客服端套接字程序
import socket # 买手机 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#基于IPV4机制和tcp协议 # 找到目标的IP地址和端口号 phone.connect(('127.0.0.1',9000)) while True:#通信循环 mes=input('>>>') phone.send(mes.encode('utf-8')) data=phone.recv(1024) print(data.decode('utf-8')) if mes=='q': break phone.close()
基于udp协议的套接字程序
1.服务端程序
from socket import * server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#基于IPV4机制，udp协议(数据报协议) ip_port=('127.0.0.1',8080) server.bind(ip_port) while True: data,client_addr=server.recvfrom(1024)#收到的是一个元组，第一个数是数据，第二个参数是ip地址和端口号 print(data,type(data)) print(client_addr,type(client_addr)) msg=input('==>') server.sendto(msg.encode('utf-8'),client_addr)#发送数据的时候要加上客户端的地址
2.客户端程序
from socket import * client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#数据报协议 ip_port=('127.0.0.1',8080) #由于是udp协议，所以不用绑定建立连接 while True: msg=input('==>') client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)#没有建立连接，所以要写路径 data,server_addr=client.recvfrom(1024) print(data,type(data)) print(server_addr,type(data))
五.粘包现象
1.粘包现象只存在于tcp协议中，udp协议中是不会发生粘包现象的
发送端可以是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据，也就是说，应用程序所看到的数据是一个整体，或说是一个流（stream），一条消息有多少字节对应用程序是不可见的，因此TCP协议是面向流的协议，这也是容易出现粘包问题的原因。而UDP是面向消息的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不同的。怎样定义消息呢？可以认为对方一次性write/send的数据为一个消息，需要明白的是当对方send一条信息的时候，无论底层怎样分段分片，TCP协议层会把构成整条消息的数据段排序完成后才呈现在内核缓冲区。
例如基于tcp的套接字客户端往服务端上传文件，发送时文件内容是按照一段一段的字节流发送的，在接收方看了，根本不知道该文件的字节流从何处开始，在何处结束
所谓粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。
此外，发送方引起的粘包是由TCP协议本身造成的，TCP为提高传输效率，发送方往往要收集到足够多的数据后才发送一个TCP段。若连续几次需要send的数据都很少，通常TCP会根据优化算法把这些数据合成一个TCP段后一次发送出去，这样接收方就收到了粘包数据。
- TCP（transport control protocol，传输控制协议）是面向连接的，面向流的，提供高可靠性服务。收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法），将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。 即面向流的通信是无消息保护边界的。
- UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无连接的，面向消息的，提供高效率服务。不会使用块的合并优化算法，, 由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息），这样，对于接收端来说，就容易进行区分处理了。 即面向消息的通信是有消息保护边界的。
- tcp是基于数据流的，于是收发的消息不能为空，这就需要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制，防止程序卡住，而udp是基于数据报的，即便是你输入的是空内容（直接回车），那也不是空消息，udp协议会帮你封装上消息头，实验略
udp的recvfrom是阻塞的，一个recvfrom(x)必须对唯一一个sendinto(y),收完了x个字节的数据就算完成,若是y>x数据就丢失，这意味着udp根本不会粘包，但是会丢数据，不可靠
tcp的协议数据不会丢，没有收完包，下次接收，会继续上次继续接收，己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，但是会粘包。
2.出现粘包现象的原因
（1）.客户端连续发送消息，每次间隔的时间非常短，造成粘包现象(等待缓冲区满后发送，这是算法优化的问题)
（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）
3.解决粘包问题的方法
1.引入使用两个模块
（1）.subprocess模块 （可以执行系统的命令，并且把命令装到管道中，正确的结果在stdout管道中，错误的结果在stderr管道中）
res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)
(2).struct模块（可以把某个数据类型转换成固长度的bytes）
例如：struct.pack('i',12345678) 把整形数据转换长4个长度的bytes
2.服务端程序
import socket import subprocess import struct import json phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#买手机 # 绑定手机 phone.bind(('192.168.11.60',8866)) # 开机 phone.listen(5) # 建立连接（循环连接） print('start===>') while True: conn,addr=phone.accept() print('IP:%s,PORT:%s'%(addr[0],addr[1])) # 通信循环 while True: try: data=conn.recv(1024) if not data:break print(data.decode('utf-8')) obj=subprocess.Popen(data.decode('utf-8'),shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) stdout=obj.stdout.read() stderr=obj.stderr.read() # 制作报头 header_dic={'filename':'xfm.txt', 'total_size':len(stdout)+len(stderr), 'md5':'jdsfjfjjfjfhgg555'} header_josn=json.dumps(header_dic) header_bytes=header_josn.encode('utf-8') # 先发送报头的长度 conn.send(struct.pack('i',len(header_bytes))) # 在发送报头的内容 conn.send(header_bytes) # header=struct.pack('i',len(stdout)+len(stderr)) # conn.send(header) # 最后发送真实的数据 conn.send(stdout) conn.send(stderr) # mes=input('==>') # conn.send(mes.encode('utf-8')) except Exception: break # 关闭连接 conn.close() # 关闭服务器 phone.close()
3.客户端程序
import socket import struct import json # 买手机 phone=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 建立连接 phone.connect(('192.168.11.60',8866)) # 建立通话 while True: mes=input('==>').strip() if mes=='quit':break if not mes:continue phone.send(mes.encode('utf-8')) # 先接受报头 obj=phone.recv(4) header_size=struct.unpack('i',obj)[0]#报头的长度 # 在手报头 header_bytes=phone.recv(header_size) header_json=header_bytes.decode('utf-8') header_dic=json.loads(header_json) # 在接受真实的数据 total_size=header_dic['total_size'] filename=header_dic['filename'] total_data=b'' recv_size=0 while recv_size<total_size: recv_data=phone.recv(1024) total_data+=recv_data recv_size+=len(recv_data) # print(data.decode('utf-8')) print(total_data.decode('gbk')) phone.close()
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