Python的Socket編程過程中實現(xiàn)UDP端口復(fù)用的實例分享
關(guān)于端口復(fù)用
一個套接字不能同時綁定多個端口，如果客戶端想綁定端口號，一定要調(diào)用發(fā)送信息函數(shù)之前綁定( bind )端口，因為在發(fā)送信息函數(shù)( sendto, 或 write )，系統(tǒng)會自動給當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)程序分配一個隨機端口號，這相當(dāng)于隨機綁定了一個端口號，這里只會分配一次，以后通信就以這個隨機端口通信，我們再綁定端口號的話，就會綁定失敗。如果我們放在發(fā)送信息函數(shù)( sendto, 或 write )之前綁定，那樣程序?qū)⒁晕覀兘壎ǖ亩丝谔柊l(fā)送信息，不會再隨機分配一個端口號。實際上，默認的情況下，如果一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的一個套接字 綁定了一個端口，這時候，別的套接字就無法使用這個端口。那如何讓兩個套接字都能成功綁定一個端口呢?這時候就需要要到端口復(fù)用了。端口復(fù)用允許在一個應(yīng)用程序可以把 n 個套接字綁在一個端口上而不出錯。
端口復(fù)用能在系統(tǒng)已開放的端口上進行通訊，只對輸入的信息進行字符匹配，不對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行任何攔截、復(fù)制類操作，所以對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸性能絲毫不受影響。
但要注意，建立連接后服務(wù)端程序占用極少系統(tǒng)資源，被控端不會在系統(tǒng)性能上有任何察覺，通常被后門木馬所利用。
在winsock的實現(xiàn)中，對于服務(wù)器的綁定是可以多重綁定的，在確定多重綁定使用誰的時候，根據(jù)一條原則是誰的指定最明確則將包遞交給誰，而且沒有權(quán)限之分，也就是說低級權(quán)限的用戶是可以重綁定在高級權(quán)限如服務(wù)啟動的端口上的,這是非常重大的一個安全隱患。
Python解決UDP端口復(fù)用問題
一直覺得UDP協(xié)議很簡單，但是今天問題讓我感覺到網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)真是博大精深。
廢話少說，來看問題吧。由于協(xié)議的需要，我得實現(xiàn)一個UDP的客戶端和服務(wù)器端，并且從同一個端口讀寫數(shù)據(jù)。
最初不以為然，無非就是用兩個socket，一個監(jiān)聽并從這個端口讀取數(shù)據(jù)（服務(wù)器端采用了twisted），另一個向這個端口寫入數(shù)據(jù)，用python實現(xiàn)只要10行左右的代碼。
def startServer(queue, port):
reactor.listenUDP(port, DhtResponseHandler(queue))
reactor.run()
def sendUdpMsg(self, addr, msg):
socketHandler = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
socketHandler.bind(("", self.port))
socketHandler.sendto(msg, addr)
socketHandler.close()
由于要向同一個端口寫數(shù)據(jù)，于是client必須有bind，但是運行后發(fā)現(xiàn)server先bind了這個端口，client運行時會報錯
error: [Errno 10048] Only one usage of each socket address (protocol/network address/port) is normally permitted
一般這種錯誤時因為多個socket不能同時bind同一個地址
由于基礎(chǔ)不夠扎實，我開始瘋狂的搜索，發(fā)現(xiàn)有人說端口復(fù)用的問題，所謂的端口復(fù)用，是指一個套接字釋放掉一個端口后有一個wait_time，另一個套接字如果接著bind就會報錯。雖然我的問題不完全一樣，但是我欣喜若狂的使用了。即在client bind前加上如下一句
socketHandler.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
但是仍然報錯：
error: [Errno 10013] An attempt was made to access a socket in a way forbidden by its access permissions
（順便一提，還有另一個參數(shù)叫SO_REUSEPORT，即復(fù)用端口，另外有一個叫SO_EXCLUSIVEADDRUSE，即不準復(fù)用該端口，其他socket的參數(shù)還有很多，可以參考winsockhttp://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa924071.aspx或者unix下的socket）
這個10013錯誤讓我百思不得其解，搜索一下，主要有兩種解釋，有人說是需要提升應(yīng)用程序的權(quán)限為管理員，我用的是eclipse+pydev，提升完eclipse權(quán)限沒用，實際上還要修改python.exe的權(quán)限，方法是在這個程序上右鍵，兼容性一欄中勾上以系統(tǒng)管理員身份運行；有人說是跟其他程序地址或者端口沖突。但是我測試過發(fā)現(xiàn)都不行。
另外，運行的時候發(fā)現(xiàn)，twisted的服務(wù)器端一定是要在主線程中，否則會報signal一定要在主線程才能接受的錯誤，但是twisted的reactor一運行起來就阻塞了。
在twisted文檔中翻到，原來還有一種UDP叫做connected UDP，變態(tài)吧，所謂connected UDP，就是只能向一個地址收發(fā)數(shù)據(jù)，看起來貌似可以，但是不符合可以向多個地址接收數(shù)據(jù)。
最后在一篇文章中翻到說需要兩個端口都設(shè)置重用，于是我試著重新寫一個服務(wù)器，與之前的客戶端配合，運行良好，完全無錯
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(("", port))
data, address = sock.recvfrom(4096)
好吧，看來問題在調(diào)用twisted了，不知道他是否有這樣的設(shè)置，進去將這部分代碼翻了一下，找不到這樣設(shè)置的參數(shù)。
class Port(abstract.FileHandle):
def __init__(self, port, proto, interface='', maxPacketSize=8192,
reactor=None):
"""
Initialize with a numeric port to listen on.
"""
self.port = port
self.protocol = proto
self.readBufferSize = maxPacketSize
self.interface = interface
self.setLogStr()
self._connectedAddr = None
abstract.FileHandle.__init__(self, reactor)
skt = socket.socket(self.addressFamily, self.socketType)
addrLen = _iocp.maxAddrLen(skt.fileno())
self.addressBuffer = _iocp.AllocateReadBuffer(addrLen)
# WSARecvFrom takes an int
self.addressLengthBuffer = _iocp.AllocateReadBuffer(
struct.calcsize('i'))
def startListening(self):
"""
Create and bind my socket, and begin listening on it.
This is called on unserialization, and must be called after creating a
server to begin listening on the specified port.
"""
self._bindSocket()
self._connectToProtocol()
def createSocket(self):
return self.reactor.createSocket(self.addressFamily, self.socketType)
def _bindSocket(self):
try:
skt = self.createSocket()
skt.bind((self.interface, self.port))
except socket.error, le:
raise error.CannotListenError, (self.interface, self.port, le)
# Make sure that if we listened on port 0, we update that to
# reflect what the OS actually assigned us.
self._realPortNumber = skt.getsockname()[1]
log.msg("%s starting on %s" % (
self._getLogPrefix(self.protocol), self._realPortNumber))
self.connected = True
self.socket = skt
self.getFileHandle = self.socket.fileno
難道說twisted就完全不提供這樣的功能？最終在multicast中翻到這樣一段，也就是，多播的情況是支持地址復(fù)用的，動手測起來。
class MulticastPort(MulticastMixin, Port):
"""
UDP Port that supports multicasting.
"""
implements(interfaces.IMulticastTransport)
def __init__(self, port, proto, interface='', maxPacketSize=8192,
reactor=None, listenMultiple=False):
Port.__init__(self, port, proto, interface, maxPacketSize, reactor)
self.listenMultiple = listenMultiple
def createSocket(self):
skt = Port.createSocket(self)
if self.listenMultiple:
skt.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
if hasattr(socket, "SO_REUSEPORT"):
skt.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEPORT, 1)
return skt
將server端改成如下代碼，運行通過！
reactor.listenMulticast(port, DhtResponseHandler(queue), listenMultiple=True) reactor.run()
感觸良多，底層的知識比較重要，浮沙筑高臺果然危險。
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