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Python网络编程

发布时间：2021-07-18 作者：zjl 来源：zjl个人博客

Python

## Python网络编程

### CS架构、BS架构

客户端英文名称：Client，

浏览器英文名称：Browser.

服务端英文名称：Server.

C/S架构：基于客户端与用户端之间的架构。例如：QQ、微信、优酷、暴风影音等等。

- 优点：C/S架构的界面和操作非常丰富满足客户的个性化要求，安全性很容易保证，响应速度较快。
- 缺点：需要开发客户端和服务器两套程序，开发成本维护成本较高，兼容性差，用户群固定等。

B/S架构：基于C/S架构的一种特殊的C/S架构，浏览器与服务端之间的架构。

- 优点：分布性强，客户端几乎无需维护，开发简单，共享性强，维护简单方便。
- 缺点：个性化低，安全性以及响应速度需要花费巨大设计成本。

小结：CS响应速度快，安全性强，一般应用于局域网中，但是开发维护成本高；BS可以实现跨平台，客户端零维护，但是个性化能力低，响应速度较慢。所以有些单位日常办公应用BS，在实际生产中使用CS结构。

### socket

[![pCcuB0x.png](https://s1.ax1x.com/2023/07/07/pCcuB0x.png)](https://imgse.com/i/pCcuB0x)

Socket又称为套接字，它是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。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。当我们使用不同的协议进行通信时就得使用不同的接口，还得处理不同协议的各种细节，这就增加了开发的难度，软件也不易于扩展(就像我们开发一套公司管理系统一样，报账、会议预定、请假等功能不需要单独写系统，而是一个系统上多个功能接口，不需要知道每个功能如何去实现的)。于是UNIX BSD就发明了socket这种东西，socket屏蔽了各个协议的通信细节，使得程序员无需关注协议本身，直接使用socket提供的接口来进行互联的不同主机间的进程的通信。这就好比操作系统给我们提供了使用底层硬件功能的系统调用，通过系统调用我们可以方便的使用磁盘（文件操作），使用内存，而无需自己去进行磁盘读写，内存管理。socket其实也是一样的东西，就是提供了tcp/ip协议的抽象，对外提供了一套接口，同过这个接口就可以统一、方便的使用tcp/ip协议的功能了。

其实socket就是一个模块。我们通过调用模块中已经实现的方法建立两个进程之间的连接和通信。也有人将socket说成ip+port，因为ip是用来标识互联网中的一台主机的位置，而port是用来标识这台机器上的一个应用程序。 所以我们只要确立了ip和port就能找到一个应用程序，并且使用socket模块来与之通信。

###  TCP和UDP对比

+ **TCP是可靠、有序、面向连接的协议，适用于对数据完整性和顺序性要求较高的应用。**

+ **UDP是不可靠、无序、无连接的协议，适用于实时性要求较高、对数据完整性要求较低的应用。**

TCP应用领域：

1. 网页浏览：TCP是HTTP协议的基础，通过TCP连接在客户端和服务器之间传输网页内容。
2. 电子邮件：SMTP（简单邮件传输协议）、POP3（邮局协议）和IMAP（互联网消息访问协议）等协议使用TCP来传输电子邮件。
3. 文件传输：FTP（文件传输协议）和SFTP（安全文件传输协议）等协议使用TCP来传输文件。
4. 远程登录：Telnet和SSH等协议使用TCP来提供远程登录功能。
5. 实时通信：像Skype、VoIP（语音传输协议）和视频聊天等实时通信应用通常使用TCP来保证数据的可靠性。
6. 网络流媒体：TCP可以用于传输流媒体数据，如通过HTTP传输的视频流。

UDP应用领域：

1. 域名系统（DNS）：UDP常用于DNS查询，因为它在查询时延和带宽占用方面具有较低的开销。
2. 实时视频和音频：UDP常用于实时视频和音频传输，如视频会议、流媒体直播等。虽然UDP不保证数据可靠性，但它的低延迟特性对于实时性要求较高的应用非常重要。
3. 游戏：许多网络游戏使用UDP进行数据传输，因为对于游戏来说，快速的数据传输和实时性比数据可靠性更为重要。
4. 广播和多播：UDP支持广播和多播传输，这对于向多个接收者同时传输数据非常有用。
5. 物联网设备通信：UDP被广泛用于物联网设备之间的通信，因为它的简单性和低开销。

需要注意的是，TCP提供可靠的数据传输，确保数据的有序性和完整性，但在实现上有一定的开销。UDP则是一种无连接的协议，不提供可靠性保证，但具有低延迟和高效性的特点。因此，在选择使用TCP还是UDP时，需要根据具体的应用需求来确定哪种协议更适合。

#### TCP协议下的socket

```python
import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

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

phone.listen(5)

while 1 : # 循环连接客户端
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    
    while 1:
        try:
            from_client_data = conn.recv(1024)
            print(from_client_data.decode('utf-8'))
        
            conn.send(from_client_data + b'SB')
        
        except ConnectionResetError:
            break

conn.close()
phone.close()
```

```python
import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  # 买电话

phone.connect(('127.0.0.1',8080))  # 与客户端建立连接， 拨号

while 1:
    client_data = input('>>>')
    phone.send(client_data.encode('utf-8'))
    
    from_server_data = phone.recv(1024)
    
    print(from_server_data.decode('utf-8'))

phone.close()  # 挂电话

```

#### UDP协议下的socket

**udp是无链接的，先启动哪一端都不会报错**

UDP下的socket通讯流程

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)，recvform接收消息，这个消息有两项，消息内容和对方客户端的地址，然后回复消息时也要带着你收到的这个客户端的地址，发送回去，最后关闭连接，一次交互结束

上代码感受一下，需要创建两个文件，文件名称随便起，为了方便看，我的两个文件名称为udp_server.py(服务端)和udp_client.py(客户端)，将下面的server端的代码拷贝到udp_server.py文件中，将下面cliet端的代码拷贝到udp_client.py的文件中，然后先运行udp_server.py文件中的代码，再运行udp_client.py文件中的代码，然后在pycharm下面的输出窗口看一下效果。

```python
import socket
udp_sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   #创建一个服务器的套接字
udp_sk.bind(('127.0.0.1',9000))        #绑定服务器套接字
msg,addr = udp_sk.recvfrom(1024)
print(msg)
udp_sk.sendto(b'hi',addr)                 # 对话(接收与发送)
udp_sk.close()                         # 关闭服务器套接字
```

```python
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)
```

### 粘包

#### 定义

**粘包指的是发送方发送的数据包在接收方接收时粘在一起，形成一个大的数据块，而不是按照发送方发送的原始数据包进行拆分。**

```
两种情况下发生粘包：

1、接收方没有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）

2、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，数据也很小，会合到一起，产生粘包）
```

#### 解决办法

```python
"""
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数按照固定字节发送给接收端后面跟上总数据，然后接收端先接收固定字节的总字节流，再来一个死循环接收完所有数据。
"""

# 服务端·
import socket
import subprocess
import struct
import json
phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

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

phone.listen(5)

while 1:
    conn, client_addr = phone.accept()
    print(client_addr)
    
    while 1:
        try:
            cmd = conn.recv(1024)
            ret = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
            correct_msg = ret.stdout.read()
            error_msg = ret.stderr.read()
            
            # 1 制作固定报头
            total_size = len(correct_msg) + len(error_msg)
            
            header_dict = {
                'md5': 'fdsaf2143254f',
                'file_name': 'f1.txt',
                'total_size':total_size,
            }
            
            header_dict_json = json.dumps(header_dict) # str
            bytes_headers = header_dict_json.encode('utf-8')
            
            header_size = len(bytes_headers)
            
            header = struct.pack('i', header_size)
            
            # 2 发送报头长度
            conn.send(header)
            
            # 3 发送报头
            conn.send(bytes_headers)
            
            # 4 发送真实数据：
            conn.send(correct_msg)
            conn.send(error_msg)
        except ConnectionResetError:
            break

conn.close()
phone.close()

# 客户端
import socket
import struct
import json
phone = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

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

while 1:
    cmd = input('>>>').strip()
    if not cmd: continue
    phone.send(cmd.encode('utf-8'))
    
    # 1，接收固定报头
    header_size = struct.unpack('i', phone.recv(4))[0]
    
    # 2，解析报头长度
    header_bytes = phone.recv(header_size)
    
    header_dict = json.loads(header_bytes.decode('utf-8'))
    
    # 3,收取报头
    total_size = header_dict['total_size']
    
    # 3，根据报头信息，接收真实数据
    recv_size = 0
    res = b''
    
    while recv_size < total_size:
        
        recv_data = phone.recv(1024)
        res += recv_data
        recv_size += len(recv_data)

print(res.decode('gbk'))

phone.close()
```

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