網路編程之tcp協議以及粘包問題

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網路編程tcp協議與socket以及單例的補充 一、單例補充 實現單列的幾種方式 二、tcp協議以及粘包問題 理論知識 三、socket套接字 socket套接字初級版本 演示 socket套接字升級版本 socket套接字高級版本 socket套接字終級版本 四、粘包問題 粘包問題的出現以及幾種情 ...


網路編程tcp協議與socket以及單例的補充

一、單例補充

  • 實現單列的幾種方式
#方式一：classmethod

# class Singleton:
#
#     __instance = None
#
#     @classmethod
#     def singleton(cls):
#
#         if not cls.__instance:
#             cls.__instance = cls()
#
#         return cls.__instance
#
# obj1 = Singleton.singleton()
# obj2 = Singleton.singleton()
# print(obj1)
# print(obj2)
# <__main__.Singleton object at 0x000002127F230D08>
# <__main__.Singleton object at 0x000002127F230D08>


#方式二： __new__
# class Singleton:
#
#     __instance = None
#
#     def __new__(cls, *args, **kwargs):
#
#         if not cls.__instance:
#             cls.__instance = object.__new__(cls)
#
#         return cls.__instance
#
# obj1 = Singleton()
# obj2 = Singleton()
# print(obj1)
# print(obj2)
# <__main__.Singleton object at 0x00000257AAE10A88>
# <__main__.Singleton object at 0x00000257AAE10A88>


#方式三：裝飾器
# def singleton(cls):  #cls---> Father
#
#     __instance = {}
#
#     def inner(*args, **kwargs):
#         if cls not in __instance:
#             obj = cls(*args, **kwargs)
#             __instance[cls] = obj
#
#
#         return __instance[cls]
#     return inner
#
# @singleton
# class Father:
#     pass
#
# print(Father())
# print(Father())
# <__main__.Father object at 0x000001F17EB21548>
# <__main__.Father object at 0x000001F17EB21548>



#方式四
先定義一個Singletoncls的py文件內容如下：
class Singletoncls:
    pass

obj = Singletoncls()
# from Singletoncls import obj
# print(obj)
# from Singletoncls import obj
# print(obj)
# from Singletoncls import obj
# print(obj)
# <Singletoncls.Singletoncls object at 0x00000249CD25BE48>
# <Singletoncls.Singletoncls object at 0x00000249CD25BE48>
# <Singletoncls.Singletoncls object at 0x00000249CD25BE48>

# 方式五：元類

二、tcp協議以及粘包問題

  • 理論知識
傳輸層：
    -tcp協議
    -udp協議
    埠（port）：標識一臺電腦上的某一個軟體。
        -0-1024：禁止使用，因為是操作系統在用
        -8000---->以後接著用

    - 以下的一些軟體的固定埠不要碰：
        django:8000
        mysql:3306
        redis:6379
        flask:5000
        tomcat:8080
        mongodb:27017
        ...
    要想要傳輸數據，必須建立雙向通道


1、tcp協議：三次握手，四次揮手
    -tcp協議建立雙向通道

    - 三次握手，鍵連接：
        1：客戶端向服務端發送建立連接的請求
        2：服務端返回收到的請求信息給客戶端，並且發送往客戶端建立的請求
        3：客戶端接收到服務端的請求，返回請求成功給服務端，完成雙向連接


    - 反饋機制：
        客戶端往服務端發送請求，服務端必須返迴響應
        告訴客戶端收到請求了，並且將服務端的數據一併返回給客戶端
        c--->s:一次請求，必須有一次響應

        - 缺點：
            - 洪水攻擊：
                指的是通過偽造大量的請求，往對方伺服器發送請求
                導致對方伺服器跟不上，以至於癱瘓。
                Linux系統有個參數可以限制

            - 半連接池listen：限制用戶在同一時間段內的訪問數量

    - 四次揮手，斷開連接
        1：客戶端向服務端發送斷開連接的請求
        2：服務端返回收到請求的信息給客戶端
        3：服務端確認所有的數據發送完成以後，再發送同意斷開連接的請求給客戶端
        4：客戶端返回收到斷開連接的請求，給服務端

2、socket套接字通信：
    - 什麼是socket？
        socket是一個模塊，又稱套接字，用來封裝 互聯網協議（應用層以下的層）

    - 為什麼要有socket？
        socket可以實現 互聯網協議應用層已下的層的工作
        - 提高開發效率

    - 怎麼使用socket？
        import socket
        寫socket套接字：
            client
            sever

3、粘包問題
    -1）問題：無法確認對方發送過來的數據的大小

    -2）問題：在發送數據間隔短並且數據量小的情況下，會將所有數據一次性發送

    解決：確認對方數據的大小

4、解決粘包問題（struct模塊）
    -無論那一段發送數據
        -客戶端
            -1）先製作報頭，併發送（struct）
            -2）發送真實數據

        服務端
            -1）接收報頭，並解包獲取 真實的數據長度
            -2）根據真實數據長度 接收真實數據
            recv（真實數據長度）

三、socket套接字

  • socket套接字初級版本
  • 演示
-sever:
    
'''
先啟動套接服務端
'''

import socket

#買手機
sever = socket.socket()

#綁定手機卡
sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

#半連接池
sever.listen(5)  #最多同時五個人坐椅子，實際上==6

print(
    '服務端正在運行...'
)

#等待電話接入
#coon:指的是服務端往客戶端的管道
coon, addr = sever.accept()

#接聽對方講話的內容
#data客戶端發送過來的消息
data = coon.recv(1024) #一次性可接受1024bytes的數據
print(data)

>>>服務端正在運行...
>>>b'hello'

#掛電話
coon.close()


-client:
'''
先啟動服務端後再啟動客戶端
'''

import socket

#買手機
client = socket.socket()

#撥打電話
client.connect(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

print('客戶端正在運行...')

#必鬚髮送bytes類型的數據
#開始講話
client.send(b'hello')
# 或client.send('hello'.encode('utf_8'))
>>>客戶端正在運行...
  • socket套接字升級版本
- sever

'''
註意：
    客戶端法送一次，我服務端就得先接受一次，之後才可以再向客戶端發送消息
'''

import socket

#買手機
sever = socket.socket()

#綁定手機卡
#裡面綁定的是一個元祖
sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9876)
)


#半連接池
sever.listen(5)

print('服務端正在等待服務...')

#等待電話接入
#coon:指的是服務端往客戶端的管道

coon, addr = sever.accept()

#接聽對方講話的內容
data = coon.recv(1024)
print(data)

#服務端往客戶端發送消息
coon.send(b'hi i am sever')

#掛電話
coon.close()

>>>服務端正在等待服務...
>>>b'hello i am client...'


- client
'''
啟動服務端後再啟動客戶端
'''
import socket

#買手機
client = socket.socket()

#撥號
client.connect(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

print('客戶端正在發送請求...')

client.send(b'hello i am client...')

#接收服務端的請求
data = client.recv(1024)

print(data)

client.close()
>>>客戶端正在發送請求...
>>>b'hi i am sever'
  • socket套接字高級版本
-sever

import socket

#買手機
sever = socket.socket()


#綁定手機卡
sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

#半連接池
sever.listen(5)

print('服務端正在運行...')

#等待電話接入
coon, addr = sever.accept()

while True:
    #接收對方講話內容
    #data客戶端發送過來的消息
    data = coon.recv(1024)
    if len(data) == 0:
        break
    if data.decode('utf-8') == 'q':
        break
    print(data.decode('utf-8'))

    send_data = input('服務端...')

    coon.send(send_data.encode('utf-8'))

#掛電話
coon.close()
服務端正在運行...
服務端...你好啊亞峰

-client

import socket

#買手機
client = socket.socket()

#撥打電話
client.connect(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

print('客戶端正在發送請求...')

while True:
    send_data = input('客戶端>>>:').strip()
    client.send(send_data.encode('utf-8'))
    data = client.recv(1024)
    if data.decode('utf-8') == 'q':
        break
    if len(data) == 0:
        break

    print(data.decode('utf-8'))

client.close()
>>>客戶端正在發送請求...
>>>客戶端>>>:你好啊熱巴
>>>好啊亞峰
  • socket套接字終級版本
- sever


import socket

#買手機
sever = socket.socket()

#綁定手機卡
sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

#半連接池
sever.listen(5)

print('服務端正在服務...')

#迴圈實現可接受多個用戶訪問
while True:

    coon, addr = sever.accept()
    print(addr)

    #迴圈實現通信
    while True:
        try:
            #監聽代碼是否有異常出現
            #接聽對方講話的內容
            #data客戶端發送過來的消息
            data = coon.recv(1024)

            if len(data) == 0:
                break

            if data.decode('utf-8') =='q':
                break

            print(data.decode('utf-8'))

            send_data = input('服務端>>>...')

            #服務端向客戶端發送消息
            coon.send(send_data.encode('utf-8'))

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    #掛電話
    coon.close()

>>>
服務端正在服務...
('127.0.0.1', 52467)
我想找迪麗熱巴
服務端>>>...你好啊亞峰，我是熱巴，有什麼能幫你嗎
熱巴youare beautiful
服務端>>>...謝謝亞峰


-client

import socket

#買手機

client = socket.socket()

#撥打號碼
client.connect(
    ('127.0.0.1', 9876)
)

print('客戶端正在發送請求...')

while True:
    send_data = input('客戶端>>>:')
    client.send(send_data.encode('utf-8'))
    data = client.recv(1024)

    if data.decode('utf-8') == 'q':
        break

    if len(data) == 0:
        break

    print(data.decode('utf-8'))
>>>
client.close()
客戶端正在發送請求...
客戶端>>>:我想找熱巴
你好啊亞峰，我是熱巴，有什麼能幫你嗎
客戶端>>>:熱巴you are beautiful
謝謝亞峰
客戶端>>>:

四、粘包問題

  • 粘包問題的出現以及幾種情況
  • 第一個問題
-sever
#問題一不知道數據的具體長度
# import socket
#
# import subprocess
#
# #買手機
# sever = socket.socket()
#
# #綁定電話卡
# sever.bind(
#     ('127.0.0.1', 9867)
# )
#
# #半整數池
# sever.listen(5)
#
# while True:
#     coon, addr = sever.accept()
#     print(addr)
#
#     while True:
#         try:
#             #recv從記憶體中獲取數據
#             cmd = coon.recv(1024)
#
#             if len(cmd) == 0:
#                 continue
#             cmd = cmd.decode('utf-8')
#             if cmd == 'q':
#                 break
#
#             #調用subprocess連接終端，對終端進行操作，並獲取操作後正確或錯誤的結果
#             obj = subprocess.Popen(
#                 cmd, shell=True, stdout=subprocess.PIPE,
#                 stderr=subprocess.PIPE
#             )
#             #結果交給result變數名
#             result = obj.stdout.read() + obj.stderr.read()
#             print(len(result))
#
#             #windows預設是gbk
#             print(result.decode('gbk'))
#
#             #將結果返回給客戶端
#             coon.send(result)
#         except Exception as e:
#             print(e)
#             break
#
#     coon.close()


-client
# import socket
#
# client = socket.socket()
#
# client.connect(
#     ('127.0.0.1', 9867)
# )
#
# while True:
#
#     cmd = input('客戶端輸入的內容：')
#
#     client.send(cmd.encode('utf-8'))
#
#     data = client.recv(19190)
#
#     print(len(data))
#
#     print(data.decode('gbk'))
  • 第二種問題
-sever

#問題二：當發送多次傳入的數據長度卻不是很長的時候，服務端多次接收後面接收的沒內容

import socket

sever = socket.socket()

sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9000)
)

sever.listen(5)

coon, addr = sever.accept()

data = coon.recv(10)
print(data)

data = coon.recv(1024)
print(data)

data = coon.recv(1024)
print(data)
>>>b'hellohello'
>>>b'hello'
>>>b''


- client
#問題二
import socket

client = socket.socket()

client.connect(
    ('127.0.0.1', 9000)
)

client.send(b'hello')
client.send(b'hello')
client.send(b'hello')

五、解決粘包問題

  • 演示
- sever

import socket
import subprocess
import struct

sever = socket.socket()

sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9000)
)

sever.listen(5)

while True:
    coon, addr = sever.accept()
    print(addr)

    while True:
        try:

            #獲取客戶端傳過來的報頭
            header = coon.recv(4)

            #解包獲取真實的數據長度
            data_len = struct.unpack('i', header)[0]

            #準備接收真實數據
            cmd = coon.recv(data_len)

            if len(cmd) == 0:
                continue

            cmd = cmd.decode('utf-8')

            if cmd == 'q':
                break

            #調用subprocess連接終端，對終端進行操作，並獲取操作後的正確或錯誤的結果
            obj = subprocess.Popen(
                cmd, shell=True,
                stdout=subprocess.PIPE,
                stderr=subprocess.PIPE
            )

            #結果交給result變數名
            result = obj.stdout.read() + obj.stderr.read()

            print('發送給客戶端的真實長度', len(result))

            #將結果返回給客戶端，做一個報頭，返回給客戶端
            header = struct.pack('i', len(result))
            print(len(header))
            coon.send(header)
            coon.send(result)

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    coon.close()
    
    
- client


import struct
import socket

client = socket.socket()

client.connect(
    ('127.0.0.1', 9000)
)

while True:

    cmd = input('客戶端輸入的內容：')

    cmd_bytes = cmd.encode('utf-8')

    #做一個報頭
    header = struct.pack('i', len(cmd_bytes))

    print(len(header))

    client.send(header)

    #待伺服器確認長度以後，再發送真實數據長度
    client.send(cmd_bytes)

    #接收服務端返回的報頭
    s_header = client.recv(4)

    #解包，接收服務端返回的真實數據
    data_len = struct.unpack('i', s_header)[0]

    result = client.recv(data_len)

    print('接收伺服器返回的真實數據長度', len(result))
    print(result.decode('gbk'))
  • 演示二
-sever

import socket
import struct
import json

sever = socket.socket()

sever.bind(
    ('127.0.0.1', 9000)
)

sever.listen(5)

while True:

    coon, addr = sever.accept()
    print(addr)

    while True:
        try:
            #獲取客戶端傳來的報頭
            header = coon.recv(4)

            #解包，獲取真實的數據長度
            json_len = struct.unpack('i', header)[0]

            #接收json（dictionary）的真實長度
            json_bytes_data = coon.recv(json_len)

            #反序列化將bytes類型數據變成json數據
            json_data = json_bytes_data.decode('utf-8')

            back_dic = json.loads(json_data)
            print(back_dic)
            print(back_dic.get('movie_len'))

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    coon.close()
    
>>>('127.0.0.1', 53414)
>>>{'movie_name': '色戒', 'movie_len': 100000}
>>>100000


-client
import struct
import socket
import json

client = socket.socket()

client.connect(
    ('127.0.0.1', 9000)
)

while True:

    movie_name = input('請輸入上傳電影的名字：').strip()

    #偽裝電影真實數據
    movie_len = 100000

    send_dic = {
        'movie_name': movie_name,
        'movie_len': movie_len
    }

    #序列化
    json = json.dumps(send_dic)
    # print(json)
    # print(json.encode('utf-8'))
    # print(len(json.encode('utf-8')))

    json_bytes = json.encode('utf-8')

    #做一個報頭
    header = struct.pack('i', len(json_bytes))

    #發送報頭
    client.send(header)

    #發送真實數據
    client.send(json_bytes)

>>>請輸入上傳電影的名字：色戒

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