网络编程（基础）

于 2019-04-25 17:26:17 发布
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分类专栏： python基础
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本文详细介绍了计算机网络编程的基础知识，包括TCP/IP协议、socket编程、粘包现象及其解决方案、文件传输和UDP套接字通讯。通过具体代码示例，深入浅出地讲解了如何使用socket进行远程命令执行、文件传输，并探讨了TCP粘包问题的成因及解决策略。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

一、计算机基础
硬件：硬盘、CPU、内存
操作系统：win、Linux、iOS
应用软件：QQ、微信等

应用软件通过操作系统，调取硬件进行工作

二、网络基础
网络传输osi七层协议，我们研究五层
应用层：HTTP协议和TFP协议
传输层：端口号，TCP协议和UDP协议
网络层：IP地址，ARP协议，通过IP找Mac
数据链路层：Mac 地址，以太网协议，网卡
物理层：光纤、电缆、无线电波

三、什么是socket

socket：网络通讯套接字，我们将复杂的TCP和UDP协议封装成网络通讯套接字，以供应用层使用。
TCP协议：面向流的、稳定可靠的传输。
模拟ssh远程执行命令的代码：
server端

import socket
import subprocess

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.bind(('127.0.0.1', 8081))
phone.listen(5)

while True:  # 链接循环
    conn, c_addr = phone.accept()

    while True:  # 通信循环
        cmd = conn.recv(1024)
        if not cmd: break
        obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                               stdout=subprocess.PIPE,
                               stderr=subprocess.PIPE)
        stdout = obj.stdout.read()
        stderr = obj.stderr.read()

        conn.send(stdout+stderr)

    conn.close()

phone.close()

client端

import socket

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.connect(('127.0.0.1', 8081))

while True:
    msg = input('请输入信息：')
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))
    data = phone.recv(1024)
    print(data.decode())

四、粘包现象（只有TCP有）

socket收发消息的原理
是什么：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。
以下两种情况会产生粘包：
1、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，数据了很小，会合到一起，产生粘包）
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）

为什么：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。

解决方法简单版：
server端

import socket
import subprocess
import struct

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
phone.listen(5)

while True:  # 链接循环
    conn, c_addr = phone.accept()

    while True:  # 通信循环
        cmd = conn.recv(1024)
        if not cmd: break   # 解决死循环
        obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                               stdout=subprocess.PIPE,
                               stderr=subprocess.PIPE)
        stdout = obj.stdout.read()
        stderr = obj.stderr.read()

        total_size = len(stdout) + len(stderr)   # 计算回复内容的总长度
        header = struct.pack('i', total_size)  # 制作固定长度的报头

        conn.send(header)  # 将报头发送给客户端

        conn.send(stdout)  # 然后再发送真实数据
        conn.send(stderr)

    conn.close()

phone.close()

client端

import socket
import struct

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

while True:
    msg = input('请输入信息：')
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))

    header = phone.recv(4)   # 收取报头

    total_size = struct.unpack('i', header)[0]  # 从报头中解析出数据长度

    recv_size = 0
    recv_data = b''
    while recv_size < total_size:   # 循环取数据
        res = phone.recv(1024)
        recv_data += res
        recv_size += len(res)

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

phone.close()

解决方法终极版：
server端

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket
import subprocess
import struct
import json

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
phone.listen(5)

while True:  # 链接循环
    conn, c_addr = phone.accept()

    while True:  # 通信循环
        cmd = conn.recv(1024)
        if not cmd: break   # 解决死循环
        obj = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell=True,
                               stdout=subprocess.PIPE,
                               stderr=subprocess.PIPE)
        stdout = obj.stdout.read()
        stderr = obj.stderr.read()

        header_dict = {       #
            'title': '123',
            'md5': 'aaa',
            'total_size': len(stdout) + len(stderr)
        }

        header_json = json.dumps(header_dict)    # 序列化成字符串
        header_bytes = header_json.encode('utf-8')   # 转成bytes类型准备发送
        header_size = struct.pack('i', len(header_bytes))  # 计算出报头的长度
        conn.send(header_size)   # 先发送报头的长度
        conn.send(header_bytes)  # 再发送报头

        conn.send(stdout)  # 然后再发送真实数据
        conn.send(stderr)

    conn.close()

phone.close()

client端

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket
import struct
import json

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

while True:
    msg = input('请输入信息：')
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))

    obj = phone.recv(4)   # 报头长度的固定长度
    header_size = struct.unpack('i', obj)[0]   # 从中解析出报头的长度
    header_bytes = phone.recv(header_size)
    header_json = header_bytes.decode('utf-8')
    header_dict = json.loads(header_json)
    total_size = header_dict['total_size']

    recv_size = 0
    recv_data = b''
    while recv_size < total_size:   # 循环取数据
        res = phone.recv(1024)
        recv_data += res
        recv_size += len(res)

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

phone.close()

五、文件传输
server端

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket
import struct
import json
import os

share_path = os.path.join(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)), 'share')

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.bind(('127.0.0.1', 8080))
phone.listen(5)

while True:  # 链接循环
    conn, c_addr = phone.accept()

    while True:  # 通信循环
        cmd = conn.recv(1024)
        if not cmd: break   # 解决死循环

        filename = cmd.decode('utf-8').split()[1]  # 拿到文件名
        file_path = os.path.join(share_path, filename)  # 拿到文件路径

        header_dict = {
            'file_name': filename,
            'md5': 'aaa',
            'file_size': os.path.getsize(file_path)
        }

        header_json = json.dumps(header_dict)    # 序列化成字符串
        header_bytes = header_json.encode('utf-8')   # 转成bytes类型准备发送
        header_size = struct.pack('i', len(header_bytes))  # 计算出报头的长度
        conn.send(header_size)   # 先发送报头的长度
        conn.send(header_bytes)  # 再发送报头

        with open(file_path, 'rb') as f:  # 打开文件发送
            for line in f:
                conn.send(line)

    conn.close()

phone.close()

client端

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket
import struct
import json
import os

download_path = os.path.join(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)), 'download')

phone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
phone.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 强制使用端口
phone.connect(('127.0.0.1', 8080))

while True:
    msg = input('请输入信息：')
    if not msg:continue
    phone.send(msg.encode('utf-8'))

    obj = phone.recv(4)   # 报头长度的固定长度
    header_size = struct.unpack('i', obj)[0]   # 从中解析出报头的长度
    header_bytes = phone.recv(header_size)
    header_json = header_bytes.decode('utf-8')
    header_dict = json.loads(header_json)
    file_name = header_dict['file_name']
    file_size = header_dict['file_size']

    file_path = os.path.join(download_path, file_name)

    with open(file_path, 'wb') as f:
        recv_size = 0
        while recv_size < file_size:   # 循环取数据
            line = phone.recv(1024)
            f.write(line)
            recv_size += len(line)
            print('总大小：%s-已下载大小：%s' % (file_size, recv_size))

phone.close()

六、基于UDP的套接字通讯

无连接的，面线报文的非可靠，不稳定传输

server端：

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket

sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sk.bind(('127.0.0.1', 8899))

while True:
    data, client_addr = sk.recvfrom(1024)
    print(data.decode('utf-8'), client_addr)

    sk.sendto(data.upper(), client_addr)

sk.close()

client端：

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket

sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    msg = input('请输入信息：')
    sk.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 8899))

    data, server_addr = sk.recvfrom(1024)
    print(data.decode('utf-8'), server_addr)

sk.close()
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