Python 高级网络操作 - Python Advanced Network Operations

Python 高级网络操作 - Python Advanced Network Operations

Half Open Socket,
    一个单向的 socket 被称为 half open socket, 即数据只能在一个方向上传输.
    Half Open Socket 是通过在 socket 对象上调用 shutdown() 方法得到.
    shutdown 接收一个 numeric 类型的参数,
        0 - 表示调用之后禁止读
        1 - 表示调用之后禁止写
        2 - 表示调用之后禁止读和写
    一旦关闭了某一个方向(读/写), socket 就不能再在该方向上被重新打开了.
    shutdown()是累计的, 也就是调用 shutdown(0) 再调用 shutdown(1) 跟
    直接调用一个  shutdown(2) 效果是一样的.

    Half Open Socket 通常被应用在一下儿 3 种情形中,
        1, 想要确保所有写好的数据都已经被传送出去.
            调用 shutdown()的时候, 只有在缓存里面的数据都被成功发出去后方法才会有返回.
        2, 用来 debug, 捕获潜在的异常/错误.
            Half Open Socket 是捕获试图写一个不可写的 socket, 或者读一个不可读
            的 socket 的异常的好方法.
        3, 在程序是用了 fork() 或 多线程的时候, 用来防止其他进程/线程的某些操作.

socket 超时 - socket timeout
    settimeout(seconds)
        对一个 socket 对象调用 settimeout(secs) 方法后, 如果经过在 sces 秒之内什么都
        没有发生(读/写), 则会产生一个 socket.timeout 异常, 链接机会断开,
    例子,
        ... ...
        sock, addr = S.accept()
        sock.settimeout(9)
        ... ...

结束标识,
    通过 socket 传输不确定长度的字符串的会遇到一个问题 - 不知道什么时候数据发送结束.
    通常,有两种方法可以解决这个问题,
        1, 通过指定字符串结束标识符(尾)
            这个标识符通常是一个 NULL 字符(python - '\0') 或 newline 字符(python - '\n')
            需要注意的问题是需要保证设定的结束符在所传输的内容中的'唯一'性.
        2, 通过指定字符串长度指示符(首)
            先发发送一个数字用来表示数据的长度, 接受方会根据这个数字长度的数据.
            在网络上发送整形数据的时候,通常有一下儿两种选择,
                a, 发送 ASCII 码(接收方收到后需要解码)
                b, 直接发送 二进制 数, 一般位长是 16 或 32 位.
                    为了解决不同平台的二进制数据的编码方法不同的问题, 一种标准的二进制数据
                    表示法 - 网络字节顺序( Network Byte Order )被采纳. 在发送一个二进制数之前,
                    该二进制数被转换成  Network Byte Order; 接收方收到后, 在使用该数据之前做
                    '反向转换'.

广播数据,
    广播数据不能用 TCP 实现, 他多数是用 UDP 来实现的.
    当接受方收到一个广播信息后, 系统内核会检查目的地的端口号信息. 如果系统上有一个在 listen 监听该端口
    号的进程,则信息会被发送给该进程, 否者信息会被忽略掉.
    例子,
        发送方,
            import socket
            S = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)      # UDP
            S.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)   # 广播 broadcast
            S.sendto("Hi there!",('<broadcast>', 12345))              # host = '<broadcast>'

            while 1:
                try:
                    data, addr = S.recvfrom(1024)
                    print("%s is connecting" % clientsocket.getpeername())
                except (KeyboardInterrupt,SystemExit) as e:
                    print(e)
                    raise
                if not len(data):
                    break
                print("Received message : %s from : %s",(data, addr))

        接受方,
            import socket

            S = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)      # UDP
            S.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)   # 链接关闭后,端口立即可用
            S.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)   # 广播 broadcast
            S.bind(('', 12345))

            while 1:
                try:
                    mes, addr = S.recvfrom(8192)
                    print("Got message : %s from : %s" % (mes, addr))
                    S.sendto("ACK", addr)                             # 回复不是广播
                except (KeyboardInterrupt, SystemExit) as e:
                    print(e)
                    raise

通过 poll() 或 select() 实现事件通知,
    通常, socket 上的 I/O 是阻塞的, 当一个操作(读/写)未结束,程序会阻塞.
    在 nonblocking 模式中, 如果在没有完全准备好的 socket 对象调用 send() 或 recv() 方法
    会触发 socket.error 异常. 在这种情况下, 就需要在调用 recv() 之前检查一下儿, socket 上
    是不是有可以接受的 data. select() 和 poll() 就是满足检查需求的两个标准工具. 他们可以使
    系统在某个 socket 上有事件发生的时候通知程序发生了什么, 从而在程序中进行有针对性的操作.
    select() 接口是早起被普遍使用的, 但是在需要同时观察多个 socket 的事件的时候, 会变得很慢.
    Windows 系统不支持 poll(), 必须使用 select().

    例子,
        poll()
            import socket, select
            try:
                S = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
            except socket.error as e:
                print("Error at creating socket : %s" % e)

            try:
                s.connect(("www.zzyzz.top", 80))
            except socket.gaierror as e:
                print("Address related error : %s" % e)
            except socket.error as e:
                print("Connection error : %s" % e)
            P = select.poll()
            P.register(S.fileno(), select.POLLIN | select.POLLERR | select.POLLHUP)
                # POLLIN        普通或优先级带数据可读
                # POLLERR        发生错误
                # POLLHUP        对方描述符挂起
                # POLLRDNORM    普通数据可读
                # POLLRDBAND    优先级带数据可读
                # POLLPRI        高优先级数据可读
                # POLLOUT        普通数据可写
                # POLLWRNORM    普通数据可写
                # POLLWRBAND    优先级带数据可写
                # POLLNVAL        描述字不是一个打开的文件

            while 1:
                res = P.poll(100)          # poll 间隔 100 毫秒
                if len(res):
                    if res[0][1] == select.POLLIN:
                        data = S.recv(1024)
                        if not len(data):
                            print("Connection closed")
                            break
                        print("Received data : %s" % data)
                    else:
                        print("Errors occurred")
                        break

        select() 来解决 I/O 阻塞
             select(rlist, wlist, elist[, timeout])
                rlist - '读' 的文件对象列表
                wlist - '写' 的文件对象列表
                elist - '错误' 的文件对象列表
                timeout - 可选参数, 接收浮点类型, 指明超时的时间(秒)

                select() 方法的调用返回 3 个tuple, 每一个 tuple 都是一个对象列表, 顺序对应参数顺序.

                import socket, select
                try:
                    S = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
                except socket.error as e:
                    print("Error at creating socket : %s" % e)

                try:
                    s.connect(("www.zzyzz.top", 80))
                except socket.gaierror as e:
                    print("Address related error : %s" % e)
                except socket.error as e:
                    print("Connection error : %s" % e)

                while 1:
                    infds, outfds, errfds = select.select([S],[],[S],0.05)
                    if len(infds):
                        data = S.recv(1024)
                        if not len(data):
                            print("Connection closed")
                            break
                        print("Received data : %s" % data)
                    if len(errfds):
                        print("Errors occurred")
                        break