python socket 编程

最新推荐文章于 2025-06-22 10:04:35 发布

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本文详细介绍了Python中的socket编程，涵盖了客户端/服务端架构、OSI七层模型、socket层、socket概念、套接字的历史和分类、TCP与UDP套接字的工作流程，并讨论了网络通信中的粘包现象及其解决方案。通过示例代码展示了基于TCP和UDP的套接字编程，帮助读者理解和实践网络通信。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、客服端/服务端架构

　客户端（Client）或称为用户端，是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。

　　服务端是为客户端服务的，服务的内容诸如向客户端提供资源，保存客户端数据

　　常见的说法有c/s架构包括：

1）硬件C/S架构(打印机)

2）软件C/S架构

C/S结构：
即Client/Server(客户机/服务器)结构，是大家熟知的软件系统体系结构，通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。早期的软件系统多以此作为首选设计标准。

B/S结构：
即Browser/Server(浏览器/服务器)结构，是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。

C/S架构与socket的关系：我们学习socket就是为了完成C/S架构的开发

二、OSI 七层

引子：

须知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自己跟自己玩了（打个单机游戏，玩个扫雷啥的）

如果你要跟别人一起玩，那你就需要上网了，什么是互联网？

互联网的核心就是由一堆协议组成，协议就是标准，比如全世界人通信的标准是英语

如果把计算机比作人，互联网协议就是计算机界的英语。所有的计算机都学会了互联网协议，那所有的计算机都就可以按照统一的标准去收发信息从而完成通信了。

人们按照分工不同把互联网协议从逻辑上划分了层级，

详见网络通信原理：http://www.cnblogs.com/shaomz/p/8510394.html

为何学习socket一定要先学习互联网协议：

1.首先：本节课程的目标就是教会你如何基于socket编程，来开发一款自己的C/S架构软件

2.其次：C/S架构的软件（软件属于应用层）是基于网络进行通信的

3.然后：网络的核心即一堆协议，协议即标准，你想开发一款基于网络通信的软件，就必须遵循这些标准。

4.最后：就让我们从这些标准开始研究，开启我们的socket编程之旅

三、socket层

在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

四、socket是什么

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

五、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)

六、套接字工作流程

一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。生活中的场景就解释了这工作原理。

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

socket()模块函数用法

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 <br>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)

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.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

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

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

七、基于TCP的套接字

tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

tcp服务端

from socket import *

ss = socket()         #创建服务器套接字
ss.bind()             #把地址绑定到套接字
ss.listen()           #监听链接
inf_loop:             #服务器无限循环
cs = ss.accept()      #接受客户端链接
comm_loop:            #通讯循环
    cs.recv()/cs.send()   #对话(接收与发送)
cs.close()            #关闭客户端套接字
ss.close()            #关闭服务器套接字(可选)

tcp客户端

from socket import *

cs = socket()        # 创建客户套接字
cs.connect()         # 尝试连接服务器
comm_loop:           # 通讯循环
    cs.send()/cs.recv()  # 对话(发送/接收)
cs.close()           # 关闭客户套接字

socket通信流程与打电话流程类似，我们就以打电话为例来实现一个low版的套接字通信

服务端

#_*_coding:utf-8_*_

import socket


ip_port=('127.0.0.1',9000)  #电话卡
BUFSIZE=1024                #收发消息的尺寸
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机


conn,addr=s.accept()            #手机接电话
# print(conn)
# print(addr)
print('接到来自%s的电话' %addr[0])

msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话
print(msg,type(msg))

conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

客户端

#_*_coding:utf-8_*_

import socket

ip_port=('127.0.0.1',9000)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect(ip_port)           #拨电话

s.send('hello world'.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)

feedback=s.recv(BUFSIZE)                           #收消息,听话
print(feedback.decode('utf-8'))

s.close()                                       #挂电话

加上链接循环与通信循环

改进服务端

#_*_coding:utf-8_*_

import socket


ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机


while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    # print(conn)
    # print(addr)
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话

        # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生

        print(msg,type(msg))

        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

    conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

改进 客户端

#_*_coding:utf-8_*_

import socket

ip_port=('127.0.0.1',8081)
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

s.connect_ex(ip_port)                   #拨电话

while True:                             #新增通信循环,客户端可以不断发收消息
    msg=input('>>: ').strip()
    if len(msg) == 0:continue
    s.send(msg.encode('utf-8'))         #发消息,说话(只能发送字节类型)

    feedback=s.recv(BUFSIZE)            #收消息,听话
    print(feedback.decode('utf-8'))

s.close()                               #挂电话

问题：有的同学在重启服务端时可能会遇到

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）

解决方法：

第一种方法：

加入一条socket配置，重用ip和端口(phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1))

#_*_coding:utf-8_*_

import socket


ip_port=('127.0.0.1',8081)#电话卡
BUFSIZE=1024
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) #买手机
#加入一条socket配置，重用ip和端口
phone.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它，在bind前加
s.bind(ip_port) #手机插卡
s.listen(5)     #手机待机


while True:                         #新增接收链接循环,可以不停的接电话
    conn,addr=s.accept()            #手机接电话
    # print(conn)
    # print(addr)
    print('接到来自%s的电话' %addr[0])
    while True:                         #新增通信循环,可以不断的通信,收发消息
        msg=conn.recv(BUFSIZE)             #听消息,听话

        # if len(msg) == 0:break        #如果不加,那么正在链接的客户端突然断开,recv便不再阻塞,死循环发生

        print(msg,type(msg))

        conn.send(msg.upper())          #发消息,说话

    conn.close()                    #挂电话

s.close()                       #手机关机

第二种方法，修改系统文件（基于linux）

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

八、基于UDP的套接字

UDP是无连接，同时发送的是报文，所以和TCP Socket有一些不一样的地方，参照下面socket的方法和属性表，修改上面的代码就可以了。

1.Socket类型

套接字格式：
socket(family, type[,protocal])使用给定的地址族、套接字类型、协议编号（默认为0）来创建套接字。

地址族

地址族	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信(本地通信)
socket.AF_INET	服务器之间网络通信
socket.AF_INET6	使用IPv6地址，进行通信

套接字类型

套接字类型	描述
socket.SOCK_STREAM	流式socket，用于TCP
socket.SOCK_DGRAM	数据报式socket，用于UDP

实例

实例	描述
创建TCP Socket	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
创建UDP Socket	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

2.Socket函数

TCP发送数据时，已建立好TCP连接，所以不需要指定地址。UDP是面向无连接的，每次发送要指定是发给谁。
服务端与客户端不能直接发送列表，元组，字典。只能传字符串(repr(data)或str(data))。

服务端socket函数

服务端socket函数	描述
s.bind(address)	将套接字绑定到地址, 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址.
s.listen(backlog)	开始监听TCP传入连接。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()	接受TCP连接并返回（conn,address）,其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。

客户端socket函数

客户端socket函数	描述
s.connect(address)	连接到address处的套接字。一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex(adddress)	功能与connect(address)相同，但是成功返回0，失败返回errno的值。

公共socket函数

公共socket函数	描述
s.recv(bufsize[,flag])	接受TCP套接字的数据。数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send(string[,flag])	发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。
s.sendall(string[,flag])	完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvfrom(bufsize[.flag])	接受UDP套接字的数据。与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto(string[,flag],address)	发送UDP数据。将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()	关闭套接字。
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)	设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果flag为0，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用recv()没有发现任何数据，或send()调用无法立即发送数据，那么将引起socket.error异常。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件

udp服务端

#_*_coding:utf-8_*_

import socket

ss = socket()   #创建一个服务器的套接字
ss.bind()       #绑定服务器套接字
inf_loop:       #服务器无限循环
     cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话(接收与发送)
ss.close()                         # 关闭服务器套接字

udp客户端

#_*_coding:utf-8_*_

import socket

cs = socket()   # 创建客户套接字
comm_loop:      # 通讯循环
    cs.sendto()/cs.recvfrom()   # 对话(发送/接收)
cs.close()                      # 关闭客户套接字

udp套接字简单示例

udp服务端

#_*_coding:utf-8_*_
from socket import *

ip_port = ("127.0.0.1",8000)
buffer_size = 1024

udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#数据报套接字
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    data,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)
    print(data)
    udp_server.sendto(data.upper(),addr)

udp客户端

#_*_coding:utf-8_*_

from socket import *

ip_port = ("127.0.0.1",8000)
buffer_size = 1024

udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#数据报套接字

while True:
    data = input(">>>:").strip()
    udp_client.sendto(data.encode("utf-8"),ip_port)
    content,addr = udp_client.recvfrom(buffer_size)
    print(content.decode("utf-8"))

九、时间服务器

udp服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
from socket import *
import time

ip_port = ("127.0.0.1",8000)
buffer_size = 1024

udp_server = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    data,addr = udp_server.recvfrom(buffer_size)
    print("客户端发送过来的消息是", data.decode("utf-8"))
    if not data:
        time_fmt = '%Y-%m-%d %X'
    else:
        time_fmt = data.decode("utf-8")
    back_msg = time.strftime(time_fmt)
    udp_server.sendto(back_msg.encode('utf-8'),addr)

udp_server.close()

udp客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
from socket import *


ip_port = ("127.0.0.1",8000)
buffer_size = 1024

udp_client = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
while True:
    msg = input('请输入时间格式(例%Y %m %d)>>: ').strip()
    udp_client.sendto(msg.encode("utf-8"),ip_port)
    data = udp_client.recv(buffer_size)
    print("服务器发送过来的数据为：",data.decode("utf-8"))

udp_client.close()

十、粘包现象

让我们基于tcp先制作一个远程执行命令的程序（1：执行错误命令 2：执行ls 3：执行ifconfig）

注意注意注意：

res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),
shell=True,
stderr=subprocess.PIPE,
stdout=subprocess.PIPE)

的结果的编码是以当前所在的系统为准的，如果是windows，那么res.stdout.read()读出的就是GBK编码的，在接收端需要用GBK解码

且只能从管道里读一次结果

注意：命令ls -l ; lllllll ; pwd 的结果是既有正确stdout结果，又有错误stderr结果

TCP服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
from socket import *
import subprocess


ip_port=("127.0.0.1",8000)
back_log =5
buffer_size = 1024

tcp_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(ip_port)
tcp_server.listen(back_log)

while True:
    conn,addr = tcp_server.accept()
    print("新的客户端链接",addr)
    while True:
        try:
            cmd = conn.recv(buffer_size)
            print("收到客户端的命令",cmd)
            if not cmd:
                break
            #执行命令，得到命令的运行结果cmd_res
            res = subprocess.Popen(cmd.decode("utf-8"),shell=True,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stdin=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE)
            err = res.stderr.read()
            if err:
                cmd_res = err
            else:
                cmd_res = res.stdout.read()

            conn.send(cmd_res)
        except Exception as e:
            print(e)
            break
    conn.close()
tcp_server.close()

TCP客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
from socket import *


ip_port=("127.0.0.1",8000)
back_log =5
buffer_size = 1024


tcp_client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(ip_port)

while True:
    cmd = input(">>>:").strip()
    if not cmd:continue
    if cmd =="quit":break
    tcp_client.send(cmd.encode("utf-8"))
    print("客户端已经发送命令")
    data = tcp_client.recv(buffer_size)
    print("服务器命令执行的结果是:", data.decode("gbk"))
tcp_client.close()

上述程序是基于tcp的socket，在运行时会发生粘包

让我们再基于udp制作一个远程执行命令的程序

udp服务端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
from socket import *
import subprocess

ip_port=('127.0.0.1',9003)
bufsize=1024

udp_server=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udp_server.bind(ip_port)

while True:
    #收消息
    cmd,addr=udp_server.recvfrom(bufsize)
    print('用户命令----->',cmd)

    #逻辑处理
    res=subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'),shell=True,
                        stderr=subprocess.PIPE,
                        stdin=subprocess.PIPE,
                        stdout=subprocess.PIPE)
    stderr=res.stderr.read()
    stdout=res.stdout.read()

    #发消息
    udp_server.sendto(stderr,addr)
    udp_server.sendto(stdout,addr)
udp_server.close()

udp客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
from socket import *
ip_port=('127.0.0.1',9003)
bufsize=1024

udp_client=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)


while True:
    msg=input('>>: ').strip()
    udp_client.sendto(msg.encode('utf-8'),ip_port)

    data,addr=udp_client.recvfrom(bufsize)
    print(data.decode('utf-8'),end='')

上述程序是基于udp的socket，在运行时永远不会发生粘包

什么是粘包

须知：只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包，为何，且听我娓娓道来

首先需要掌握一个socket收发消息的原理

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。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

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。

#1：不管是recv还是send都不是直接接收对方的数据，而是操作自己的操作系统内存--->不是一个send对应一个recv

#2：recv：

wait data 耗时非常长

copy data

send：

copy data

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。

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。只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包

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.

粘包不一定会发生：

如果发生了：

1.可能是在客户端已经粘了

　　　　　　2.客户端没有粘，可能是在服务端粘了

客户端粘包：

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，数据量很小，TCP优化算法会当做一个包发出去，产生粘包）

udp客户端

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
import socket
import time
 
client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 
client.connect(('127.0.0.1',9904))
 
 
client.send('hello'.encode('utf-8'))
client.send('world'.encode('utf-8'))
 
server端：
import socket
import time
 
server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1',9904)) #0-65535:0-1024给操作系统使用
server.listen(5)
 
 
conn,   addr=server.accept()
print('connect by ',addr)
res1 = conn.recv(100)
print('第一次',res1)
res2=conn.recv(10)
print('第二次', res2)

"""
服务器端输出结果
connect by  ('127.0.0.1', 9787)
第一次 b'helloworld'
第二次 b''
"""

服务端粘包

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）　

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = "rxz"
import socket
import time
server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1',9904)) #0-65535:0-1024给操作系统使用
server.listen(5)
 
 
conn,   addr=server.accept()
print('connect by ',addr)
res1 = conn.recv(2)#第一没有接收完整
print('第一次',res1)
time.sleep(6)
res2=conn.recv(10)# 第二次会接收旧数据，再收取新的
print('第二次', res2)
 
client端
import socket
import time
 
client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 
client.connect(('127.0.0.1',9904))
 
 
client.send('hello'.encode('utf-8'))
time.sleep(5)
client.send('world'.encode('utf-8'))

"""
服务器端输出结果
connect by  ('127.0.0.1', 10184)
第一次 b'he'
第二次 b'lloworld'
"""

拆包的发生情况

当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时，tcp会将这次发送的数据拆成几个数据包发送出去。

补充问题一：为何tcp是可靠传输，udp是不可靠传输

基于tcp的数据传输请参考我的另一篇文章http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html，tcp在数据传输时，发送端先把数据发送到自己的缓存中，然后协议控制将缓存中的数据发往对端，对端返回一个ack=1，发送端则清理缓存中的数据，对端返回ack=0，则重新发送数据，所以tcp是可靠的

而udp发送数据，对端是不会返回确认信息的，因此不可靠

补充问题二：send(字节流)和recv(1024)及sendall

recv里指定的1024意思是从缓存里一次拿出1024个字节的数据

send的字节流是先放入己端缓存，然后由协议控制将缓存内容发往对端，如果待发送的字节流大小大于缓存剩余空间，那么数据丢失，用sendall就会循环调用send，数据不会丢失

解决粘包的方法

发送数据包前对包的长度进行计算

1. 比较low的方法是 len( package) 然后直接发送给接收端。这样会出现一个问题，就是接收端不知道你的这个 len(package)是几个字节，就也有可能会出现粘包问题。

2. 利用struct对包的长度打包为固定4个字节或8个字节。

3. struct.pack format参数为"i" 时只能打包长度为10的数字，那么还可以先将长度转换为一个json字符串，再打包。

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发送端在发送数据前，发一个头文件包，告诉发送的字节流总大小，然后接收端来一个死循环接收完所有数据

使用struct模块可以用于将Python的值根据格式符，转换为字符串（byte类型）

struct模块中最重要的三个函数是pack(), unpack(), calcsize()

pack(fmt, v1, v2, ...) 按照给定的格式(fmt)，把数据封装成字符串(实际上是类似于c结构体的字节流)

unpack(fmt, string) 按照给定的格式(fmt)解析字节流string，返回解析出来的tuple

calcsize(fmt) 计算给定的格式(fmt)占用多少字节的内存

struct中支持的格式如下表：

Format	C Type	Python	字节数
x	pad byte	no value	1
c	char	string of length 1	1
b	signed char	integer	1
B	unsigned char	integer	1
?	_Bool	bool	1
h	short	integer	2
H	unsigned short	integer	2
i	int	integer	4
I	unsigned int	integer or long	4
l	long	integer	4
L	unsigned long	long	4
q	long long	long	8
Q	unsigned long long	long	8
f	float	float	4
d	double	float	8
s	char[]	string	1

使用案例

import struct
res = struct.pack('i',123)
print(res,type(res), len(res)) # b'{\x00\x00\x00' <class 'bytes'> 4 封装一个4个字节的包
 
res1=struct.pack('q',11122232323)
print(res1,type(res1), len(res1)) # b'\x03\xcc\xef\x96\x02\x00\x00\x00' <class 'bytes'> 8 封装一个8个字节的包
 
 
print(struct.unpack('i',res)[0])  # 拆包
print(struct.unpack('q',res1)[0]) #
 
#输出
# b'{\x00\x00\x00' <class 'bytes'> 4
# b'\x03\xcc\xef\x96\x02\x00\x00\x00' <class 'bytes'> 8
# (123,)
# (11122232323,)

解决粘包问题简单版(适用于传输字节较小）

server端

import socket
import subprocess
import struct
 
def cmd_exec(cmd):
    """
    执行shell命令
    :param cmd:
    :return:
    """
    p = subprocess.Popen(cmd, shell=True,
    stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
 
    stdout, stderr = p.communicate()
    if p.returncode != 0:
        return stderr
    return stdout
 
sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)  # 重用地址端口
sock_server.bind(('127.0.0.1', 8088))
 
sock_server.listen(1)  # 开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
print('starting...')
while True:
    conn, client_addr = sock_server.accept()  # 阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象
 
    print(client_addr)
 
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024) # 接收1024个字节
            if not data: break  # 适用于linux操作系统,防止客户端断开连接后死循环
            print('客户端的命令', data.decode('gbk'))
            res = cmd_exec(data.decode('gbk'))  # 执行cmd命令
            # 第一步：制作固定长度的报头4bytes
            total_size = len(res)
            header = struct.pack('i',total_size)
 
            #  第二步：把报头发送给客户端
            conn.send(header)
 
            # 第三步：再发送真实的数据
            conn.sendall(res)
 
        except ConnectionResetError:  # 适用于windows操作系统,防止客户端断开连接后死循环
            break
    conn.close()
 
server.close()

client端

import socket
import struct
import json
 
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print(client)
 
 
client.connect(('127.0.0.1', 8088))
 
while True:
    data = input('input >>>')
    if not data:  # 如果数据为空，继续输入
        continue
 
    client.send(data.encode('GBK'))  # 发送数据
 
    # 第一步：先收报头
    header = client.recv(4)
    # 第二步：从报头中解析（header数据的长度）
    header_size = struct.unpack('i',header)[0]
    print('收到报头长度=', header_size)
 
    # 第三步：收到报头解析出对真实数据的描述信息
    header_json = client.recv(header_size)
    header_dict = json.loads(header_json)
    print('收到报头内容=',header_dict)
    total_size = header_dict['total_size']
 
 
    # 第三步：接收真实的数据
    recv_size = 0
    recv_data = b''
    while recv_size < total_size:
        data = client.recv(1024)   # 接收数据
        recv_data += data
        recv_size += len(data)  # 不能加1024，如果加进度条，会计算有误
 
 
 
    print('接收数据 =', recv_data.decode('gbk', 'ignore'))  # 如果设置为ignore，则会忽略非法字符；
 
client.close()  # 关闭

解决粘包问题优化版(适用于传输字节很大）

server端

import socket
import subprocess
import struct
import json
 
def cmd_exec(cmd):
    """
    执行shell命令
    :param cmd:
    :return:
    """
    p = subprocess.Popen(cmd, shell=True,
    stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)
 
    stdout, stderr = p.communicate()
    if p.returncode != 0:
        return stderr
    return stdout
 
sock_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)  # 重用地址端口
sock_server.bind(('127.0.0.1', 8088))
 
sock_server.listen(1)  # 开始监听，1代表在允许有一个连接排队，更多的新连接连进来时就会被拒绝
print('starting...')
while True:
    conn, client_addr = sock_server.accept()  # 阻塞直到有连接为止，有了一个新连接进来后，就会为这个请求生成一个连接对象
 
    print(client_addr)
 
    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024) # 接收1024个字节
            if not data: break  # 适用于linux操作系统,防止客户端断开连接后死循环
            print('客户端的命令', data.decode('gbk'))
            res = cmd_exec(data.decode('gbk'))  # 执行cmd命令
            # 第一步：制作固定长度的报头dict
            header_dict ={
                'filename':'文件名',
                'md5':'md5值',
                'total_size':len(res)
            }
 
            header_json = json.dumps(header_dict, ensure_ascii='False',indent=2)  # 序列化json
            print(header_json)
 
            header_bytes = header_json.encode('utf-8')
 
            header = struct.pack('i', len(header_bytes))
 
            #  第二步：把报头长度发送给客户端
            conn.send(header)
            #  第三步：把报头内容发送给客户端
            conn.send(header_bytes)
 
            # 第四步：再发送真实的数据
            conn.sendall(res)
 
        except ConnectionResetError:  # 适用于windows操作系统,防止客户端断开连接后死循环
            break
    conn.close()
 
server.close()

client端

import socket
import struct
 
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print(client)
 
 
client.connect(('127.0.0.1', 8088))
 
while True:
    data = input('input >>>')
    if not data:  # 如果数据为空，继续输入
        continue
 
    client.send(data.encode('GBK'))  # 发送数据
 
    # 第一步：先收报头
    header = client.recv(4)
    # 第二步：从报头中解析出对真实数据的描述信息（数据的长度）
    total_size = struct.unpack('i',header)[0]
    print('收到数据长度=',total_size)
 
    # 第三步：接收真实的数据
    recv_size = 0
    recv_data = b''
    while recv_size < total_size:
        data = client.recv(1024)   # 接收数据
        recv_data += data
        recv_size += len(data)  # 不能加1024，如果加进度条，会计算有误
 
 
 
    print('接收数据 =', recv_data.decode('gbk', 'ignore'))  # 如果设置为ignore，则会忽略非法字符；
 
client.close()  # 关闭