网络编程 TCP协议:三次握手,四次回收,反馈机制 socket套接字通信 粘包问题与解决方法

TCP协议:传输协议，基于端口工作

　　三次握手，四次挥手

　　TCP协议建立双向通道。

三次握手, 建连接:

1:客户端向服务端发送建立连接的请求
2:服务端返回收到请求的信息给客户端，并且发送往客户端建立连接的请求
3:客户端接收到服务端发来的请求，返回接成功给服务端，完成双向连接

第一客戶向服务端发送请求，请求建立连接
服务端同客户端的请求，并同时向客户端发送建立
连接的请求，最后客户端同意后建立 双向连接。
C ----> S
C <---- S

- 反馈机制:
　　客户端往服务端发送请求，服务端必须返回响应，
　　告诉客户端收到请求了，并且将服务端的数据一并返回给客户端。
　　C-->S: 一次请求，必须有一次响应。

　　- 缺点:
　　　　- 洪水攻击:
　　　　　　指的是通过伪造大量的请求，往对方服务器发送请求，
　　　　　　导致对方服务器响应跟不上，以至于瘫痪。
　　　　　　linux系统有个参数可以限制。

　　　　- 半连接池listen: 限制用户在同一个时间段内的访问数量。

四次挥手， 断开连接:

1:客户端向服务端发送断开连接的请求
2:服务端返回收到请求的信息给客户端
3:服务端确认所有数据接收完成以后，再发送同意断开连接的请求给客户端
4:客户端返回收到断开连接的请求，给服务端。

socket套接字通信:
- 什么是socket？
　　socket是一个模块, 又称套接字，用来封装 互联网协议(应用层以下的层)。

- 为什么要有socket？
　　socket可以实现 互联网协议应用层以下的层的工作。
　　- 提高开发效率

- 怎么使用socket？
　　import socket
　　写socket套接字:
　　　　Client
　　　　Server

socket初级版

注意：server和client的发送接收命令必须一一对应，recv接收命令必须收到内容能会运行

windows系统下，即使发送消息为空，也有数据头，接收消息不为空；而linux下，接收消息则会为空

'''
先启动套接字服务端   server代码
'''
import socket

# 买手机
server = socket.socket()

# 绑定手机卡
server.bind(
    # 相当于手机号码
    # 127.0.0.1 == localhost 本机回环地址
    # 单机测试下: 127.0.0.1
    ('127.0.0.1', 9527)
)

# 半连接池
server.listen(5)  # 最多5个人坐椅子， 实际上==6

print(
    'server is running...'
)

# 等待电话接入
# conn: 指的是服务端往客户端的管道
conn, addr = server.accept()

# 接听对方讲话的内容
# data客户端发送过来的消息
data = conn.recv(1024)  # 可接受一次1024bytes的数据
print(data)

# 挂电话
conn.close()

'''
启动服务端后再启动客户端   Client代码
'''
import socket

# 买手机
client = socket.socket()

# 拨号
client.connect(
    # 客户端的ip与port必须与服务端一致
    ('127.0.0.1', 9527)
)

print(
    'client is running...'
)

# 必须发送bytes类型的数据
# client.send('hello'.encode('utf-8'))
# 讲话给对方听
client.send(b'hello')

2)socket升级版

'''
注意:
    客户端先一次发送，服务端得先一次接受，再发送消息。
'''
import socket

# 买手机
server = socket.socket()

# 绑定手机卡
server.bind(
    # 相当于手机号码
    # 127.0.0.1 == localhost 本机回环地址
    # 单机测试下: 127.0.0.1
    ('127.0.0.1', 9527)
)

# 半连接池
server.listen(5)  # 最多5个人坐椅子， 实际上==6

print('server is running...')

# 等待电话接入
# conn: 指的是服务端往客户端的管道
conn, addr = server.accept()

# 接听对方讲话的内容
# data客户端发送过来的消息
data = conn.recv(1024)  # 可接受一次1024bytes的数据
print(data)

# 服务端往客户端发送消息
conn.send(b'hi im server')

# 挂电话
conn.close()

'''
启动服务端后再启动客户端
'''
import socket

# 买手机
client = socket.socket()

# 拨号
client.connect(
    # 客户端的ip与port必须与服务端一致
    ('127.0.0.1', 9527)
)

print('client is running...')

# 必须发送bytes类型的数据
# client.send('hello'.encode('utf-8'))
# 讲话给对方听
client.send(b'hello im client...')
data = client.recv(1024)
print(data)

client.close()

3)socket升级版

'''
注意:
    客户端先一次发送，服务端得先一次接受，再发送消息。 server
'''
import socket
# 买手机
server = socket.socket()

# 绑定手机卡
server.bind(
    # 相当于手机号码
    # 127.0.0.1 == localhost 本机回环地址
    # 单机测试下: 127.0.0.1
    ('127.0.0.1', 9527)
)
# 半连接池
server.listen(5)  # 最多5个人坐椅子， 实际上==6
print('server is running...')
# 等待电话接入
# conn: 指的是服务端往客户端的管道
conn, addr = server.accept()
while True:
    # 接听对方讲话的内容
    # data客户端发送过来的消息
    data = conn.recv(1024)  # 可接受一次1024bytes的数据
    if len(data) == 0:    # 没有意义，windows系统下不可能为0
        break
    if data.decode('utf-8') == 'q':
        break
    print(data)
    send_data = input('服务端>>>:')
    # 服务端往客户端发送消息
    conn.send(send_data.encode('utf-8'))
# 挂电话
conn.close()

'''
启动服务端后再启动客户端  client
'''
import socket

# 买手机
client = socket.socket()

# 拨号
client.connect(
    # 客户端的ip与port必须与服务端一致
    ('127.0.0.1', 9527)
)

print('client is running...')

# 必须发送bytes类型的数据
# 讲话给对方听
while True:
    send_data = input('客户端>>>:')
    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)

client.close()

4)socket最终版

'''
注意:
    客户端先一次发送，服务端得先一次接受，再发送消息。  server
'''
import socket
# 买手机
server = socket.socket()

# 绑定手机卡
server.bind(
    # 相当于手机号码
    # 127.0.0.1 == localhost 本机回环地址
    # 单机测试下: 127.0.0.1
    ('127.0.0.1', 9527)

    # 局域网内测试
    # ('192.168.12.202', 9527)

)
# 半连接池
server.listen(5)  # 最多5个人坐椅子， 实际上==6
print('server is running...')

# 循环实现可接受多个用户访问
while True:
    # 等待电话接入 ---> 接入客户端
    # conn: 指的是服务端往客户端的管道
    conn, addr = server.accept()
    print(addr)

    # 循环实现循环通信
    while True:
        try:  # 监听代码块是否有异常出现
            # 接听对方讲话的内容
            # data客户端发送过来的消息
            data = conn.recv(1024)  # 可接受一次1024bytes的数据

            if len(data) == 0:
                break
            if data.decode('utf-8') == 'q':
                break
            print(data.decode('utf-8'))
            send_data = input('服务端>>>:')
            # 服务端往客户端发送消息
            conn.send(send_data.encode('utf-8'))

        # 捕获异常信息，并打印  # e: 报错信息
        except Exception as e:
            print(e)
            break

    # 挂电话
    conn.close()

'''
启动服务端后再启动客户端  client
'''
import socket

# 买手机
client = socket.socket()

# 拨号
client.connect(
    # 客户端的ip与port必须与服务端一致
    ('127.0.0.1', 9527)
)

print('client is running...')

# 必须发送bytes类型的数据
# 讲话给对方听
while True:
    send_data = input('客户端>>>:')
    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()

3.粘包问题
- 1) 问题: 无法确认对方发送过来数据的大小。

# server
import socket
import subprocess

server = socket.socket()

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

server.listen(5)

while True:
    conn, addr = server.accept()
    print(addr)

    while True:
        try:
            # recv从内存中获取数据
            cmd = conn.recv(10)

            if len(cmd) == 0:
                continue
            cmd = cmd.decode('utf-8')  # dir
            if cmd == 'q':
                break

            # 调用subprocess连接终端，对终端进行操作，并获取操作后正确或错误的结果
            obj = subprocess.Popen(
                # cmd接收解码后的字符串
                cmd, shell=True,
                stdout=subprocess.PIPE,
                stderr=subprocess.PIPE,
            )

            # 结果交给result变量名
            result = obj.stdout.read() + obj.stderr.read()
            print(len(result))
            # gbk
            print(result.decode('gbk'))

            # 将结果返回给客户端
            conn.send(result)

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    conn.close()

#client
import socket

client = socket.socket()

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

while True:

    cmd = input('客户端输入的内容: ')

    client.send(cmd.encode('utf-8'))

    data = client.recv(19190)  # 无法估计大小
    print(len(data))
    print(data.decode('gbk'))

- 2) 问题: 在发送数据间隔短并且数据量小的情况下，
会将所有数据一次性发送。

# server
import socket
server = socket.socket()

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

server.listen(5)

conn, addr = server.accept()

data = conn.recv(1024)
print(data)  # b'hellohellohello'

data = conn.recv(1024)
print(data)  # b''

data = conn.recv(1024)
print(data)  # b''

# client
import socket

client = socket.socket()

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

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

解决: 确认对方数据的大小。

4.解决粘包问题（struct模块）
- 无论哪一端先发送数据
- 客户端
- 1) 先制作报头，并发送 （struct）
- 2) 发送真实数据

- 服务端:
- 1) 接收报头，并解包获取 真实数据长度
- 2) 根据真实数据长度 接收真实数据
recv(真实数据长度)

'''
1.struct是什么？
    是一个python内置的模块, 它可以将固定长度的数据，打包成固定格式的长度。

    # 模式
    i: 4

    # 其他模式

2.作用:
    可以将真实数据，做成一个固定长度多的报头，客户端发送给服务端，服务端可以接收报头，
    然后对报头进行解包，获取真实数据的长度，进行接收即可。
'''

import struct

data = b''
print(len(data))
# 打包制作报头
header = struct.pack('i', len(data))
print(header)
print(len(header))

# 解包获取真实数据长度 ---> 得到一个元组，元组中第一个值是真实数据的长度
res = struct.unpack('i', header)[0]
print(res)

案例一：

# server
import socket
import subprocess
import struct

server = socket.socket()

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

server.listen(5)

while True:
    conn, addr = server.accept()
    print(addr)

    while True:
        try:
            # 获取客户端传过来的报头
            header = conn.recv(4)
            # 解包获取真实数据长度
            data_len = struct.unpack('i', header)[0]

            # 准备接收真实数据
            cmd = conn.recv(data_len)

            if len(cmd) == 0:
                continue

            cmd = cmd.decode('utf-8')  # dir
            if cmd == 'q':
                break

            # 调用subprocess连接终端，对终端进行操作，并获取操作后正确或错误的结果
            obj = subprocess.Popen(
                # cmd接收解码后的字符串
                cmd, shell=True,
                stdout=subprocess.PIPE,
                stderr=subprocess.PIPE,
            )

            # 结果交给result变量名
            result = obj.stdout.read() + obj.stderr.read()　　# 二进制，不用转码

            print('发给客户端端的真实数据长度', len(result))

            # gbk
            # print(result.decode('gbk'))

            # 将结果返回给客户端
            # 做一个报头, 返回给客户端
            header = struct.pack('i', len(result))
            print(len(header))
            conn.send(header)
            conn.send(result)　　　　

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    conn.close()

#client
import socket
import struct

client = socket.socket()

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

while True:

    cmd = input('客户端输入的内容: ')

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

    # 做一个报头
    header = struct.pack('i', len(cmd_bytes))
    print(len(header))
    client.send(header)

    # 待服务端确认长度后，发送真实数据长度
    client.send(cmd_bytes)

    # 接收服务端返回的报头
    headers = client.recv(4)

    # 解包，接收服务端返回的真实数据
    data_len = struct.unpack('i', headers)[0]
    result = client.recv(data_len)

    print('接收服务端返回的真实数据长度', len(result))
    print(result.decode('gbk'))

案例二：

#server
import socket
import json
import struct

server = socket.socket()

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

server.listen(5)

while True:
    conn, addr = server.accept()
    print(addr)

    while True:
        try:
            # 获取客户端传过来的报头
            header = conn.recv(4)

            # 解包获取真实数据长度
            json_len = struct.unpack('i', header)[0]

            # 接收json(dict)的真实长度
            json_bytes_data = conn.recv(json_len)

            # 将bytes类型数据转为json数据
            json_data = json_bytes_data.decode('utf-8')

            # 反序列化  json ---> dict
            back_dic = json.loads(json_data)
            print(back_dic)
            print(back_dic.get('movie_len'))

            # 准备接收真实数据
            # movie_data = conn.recv(back_dic.get('movie_len'))
            # print(movie_data)

        except Exception as e:
            print(e)
            break

    conn.close()

#client
import socket
import struct
import json

client = socket.socket()

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

while True:

    movie_name = input('请输入上传电影的名字: ')

    # 伪装电影真实数据
    movie_len = 1000000

    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')

    # 做一个报头
    header = struct.pack('i', len(json_bytes))

    # 先发送报头
    client.send(header)

    # 后发送真实数据
    client.send(json_bytes)