网络编程入门篇

下面是小凰凰的简介，看下吧！????人生态度：珍惜时间，渴望学习，热爱音乐，把握命运，享受生活????学习技能：网络 -> 云计算运维 -> python全栈( 当前正在学习中)后期会不断更新python全栈学习笔记，秉着质量博文为原则，写好每一篇博文。有相关技能问题的可以私聊，我们一起学习，一起进步，认可我的话，不妨点个关注！一、两种软件架构一个是C/S架构，一个是B/S架构！1.

凤求凰的博客

1439人浏览 · 2020-06-03 21:38:58

凤求凰的博客 · 2020-06-03 21:38:58 发布

下面是小凰凰的简介，看下吧！
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💗学习技能：网络 -> 云计算运维 -> python全栈( 当前正在学习中)
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一、两种软件架构

一个是C/S架构，一个是B/S架构！

1. C/S架构：Client/Server架构，我们平常手机中使用的app、电脑中的QQ音乐等软件这些都是C/S架构
2. B/S架构：Browser/Server架构，我们进入浏览器里的浏览的网页哪些全部都是B/S架构。

C/S架构与socket的关系：socket实现C/S架构的Client和Server端的数据交互的，注意：B/S架构是不需要socket的。

二、socket层

socket层是对传输层、网络层、数据链路层、物理层的一个抽象，它将四层的封包、解包等所有操作都做了，我们只需要把数据给交给socket，指明收件人的地址（做些配置）即可发送或接收数据。
在这里插入图片描述

三、什么是socket？

Socket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。

所以，我们无需深入理解tcp/udp协议，socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规定去编程，写出的程序自然就是遵循tcp/udp标准的。

也有人将socket说成ip+port，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，ip地址是配置到网卡上的，而port是应用程序开启的，ip与port的绑定就标识了互联网中独一无二的一个应用程序

而程序的pid是同一台机器上不同进程或者线程的标识，

'为什么不用ip+pid标示应用程序？'
答：首先你要知道程序的端口专门用来传输、接收数据的，进程是用来传输数据的吗？

四、套接字发展史及分类

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)

五、套接字工作流程

1、tcp套接字工作流程图（伪代码）

在这里插入图片描述

2、socket模块用法

import socket
socket.socket(socket_family,socket_type,protocal=0)
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。

# 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)

# 由于 socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用 'from socket import *',我们就把 socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了,这样能 大幅减短我们的代码。
例如:tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

（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

六、基于TCP的套接字

tcp是面向连接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去连接服务端

1、代码实现TCP套接字通信

# tcp服务端
from socket import *
server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # 创建服务器套接字
server.bind(('127.0.0.1',8000)) # 把地址、端口绑定到套接字，注意里面是个元组
server.listen(5)      # 监听连接，并将连接请求放入一个大小为5的半连接池
while True:  # 连接循环，一般来说服务器7*24小时都应该等待客户端连接，因此这里无限循环，每次通信循环结束(一个客户端数据交互完成)，accept又去半连接池拿到一个连接，服务下一个客户端
	conn,addr = server.accept() # 从半连接池中选择最早来的一个连接，接受连接
    while True:         # 通信循环，和客户端可以一直通讯，不能说一句话就挂机了啊！
    	conn.recv()/conn.send() # 对话(接收与发送)
    	if 收到的信息长度为0: # 收到的信息长度为0，则说明客户端已经断开连接
    		break
    conn.close()    # 关闭客户端套接字
server.close()    # 关闭服务器套接字(可选),一般不要

# tcp客户端
from socket import *
client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)    # 创建客户套接字
client.connect(('127.0.0.1',8000))    # 请求连接服务器
while True:        # 通讯循环
	msg = input('请输入您要执行的命令 >>>').strip()
    if msg == '': # 如果你什么命令都没输，就回车了，这种情况必须处理，不能把空数据发到服务端，不然服务端接收到空数据，以为你挂机了，这样服务端会结束和你的通信
        continue
    if msg == 'exit': # 表示你想结束通信了！
        break # break之后就可以执行close操作了！
	conn.send()/conn.recv() # 对话(发送与接收)
client.close()

2、代码报错分析

在这里插入图片描述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）

#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))

# 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

linux内核参数优化详解请见：https://blog.csdn.net/weixin_44571270/article/details/104879180

3、实战演练（实现远程控制云服务器）

（1）源代码

这里我不用from导写的，初学者建议不要使用from导socket模块，熟练后可以使用from导

# settings.py
IP_PORT = ('127.0.0.1',8082) # 如果远程控制云服务器，请改成公网ip+port，且安全组开放指定的端口
READ_SIZE = 2048

# tcp服务端
import subprocess
import socket
import settings
server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 不用from导，可以明确看出AF_INET这些属性都是模块的，而不是socket类的。
server.bind(settings.IP_PORT)
server.listen(5)
while True:
    conn,addr = server.accept()
    while True:
        msg = conn.recv(settings.READ_SIZE)
        if len(msg) == 0:
            print('客户端正常close,也会发送空数据给服务端！')
            break
        msg = msg.decode('utf-8')
        obj = subprocess.Popen(msg,shell=True,
                         stdout=subprocess.PIPE,
                         stderr=subprocess.PIPE)
        std_msg = obj.stdout.read()
        err_msg = obj.stderr.read()
        msg = std_msg + err_msg
        conn.send(msg)
    conn.close()

# tcp客户端
import socket
import settings
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
client.connect(settings.IP_PORT)
while True:
    msg = input('请输入您要执行的命令 >>>').strip()
    if msg == '':
        continue
    if msg == 'exit':
        break
    client.send(msg.encode('utf-8'))
    feedback = client.recv(settings.READ_SIZE)
    print(feedback.decode('utf-8'))
client.close()

（2）执行结果

在这里插入图片描述

（3）此程序的不足之处

1. 如果命令得到的输出太大，会造成read一次2048字节，读不完，当前命令得到数据不完整，下次命令执行，就会出现粘包现象，这个后面我会解决！
2. 只能执行ps -ef、ls、ifconfig这种命令，无法像真正的远程控制软件，执行vim、cd等特殊命令，cd命令还好解决，vim这种交互式命令，目前我还没想到解决方法，只能等后面解决了。

七、基于UDP的套接字

udp是面向无连接的，先启动哪一端都不会报错

1、UDP套接字简单示例

# udp服务端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(ip_port)
while True:
    msg,addr=server.recvfrom(BUFSIZE) # 因为面向无连接，所以只管循环：收和回数据
    print(msg,addr) # b'hahaha' ('127.0.0.1', 58146)
    server.sendto(msg.upper(),addr) # 因为面向无连接，因此，你服务端发送也要带着客户端ip和port

# udp客户端
import socket
ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    if not msg:
    	continue
    client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port) # 因为面向无连接，所以send必须把ip和port的元组带上

    back_msg,addr=client.recvfrom(BUFSIZE)
    print(back_msg.decode('utf-8'),addr) # HAHAHA ('127.0.0.1', 9000)