在Python中模拟慢速网络的简单方法

Question

设想。我有一个客户端与服务器有两个网络连接。一种连接使用手机，另一种连接使用 wlan 连接。

我解决这个问题的方法是让服务器监听两个端口。但是，移动连接应该比 WLAN 连接慢。发送的数据通常只是一行文本。我通过允许移动连接以五秒的间隔发送数据来解决连接速度较慢的问题，而无线局域网连接的间隔为一秒。

但有没有更好的方法来减缓速度呢？也许通过发送较小的数据包，意味着我需要发送更多数据？

关于减慢其中一个连接速度的好方法有什么想法吗？

Orjanp

一个只有一个连接的简单客户端示例。

def client():
    import sys, time, socket

    port = 11111
    host = '127.0.0.1'
    buf_size = 1024

    try:
        mySocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        mySocket.connect((host, port))
    except socket.error, (value, message):
        if mySocket:
            mySocket.close()
        print 'Could not open socket: ' + message
        sys.exit(1)
    mySocket.send('Hello, server')
    data = mySocket.recv(buf_size)
    print data
    time.sleep(5)

    mySocket.close()

client()

一个简单的服务器监听一个端口。

def server():
    import sys, os, socket

    port = 11111
    host = ''
    backlog = 5
    buf_size = 1024

    try:
        listening_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
        listening_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) 
        listening_socket.bind((host, port)) 
        listening_socket.listen(backlog)
    except socket.error, (value, message):
        if listening_socket:
            listening_socket.close()
        print 'Could not open socket: ' + message
        sys.exit(1)

    while True:
        accepted_socket, adress = listening_socket.accept()
        data = accepted_socket.recv(buf_size)
        if data:
            accepted_socket.send('Hello, and goodbye.')
        accepted_socket.close()

server()

Answer 1

除了使用外部工具来模拟您感兴趣的网络类型之外，一种好的方法是使用套接字的替代实现。

这涉及将套接字构造作为函数的参数，而不是导入套接字模块并直接使用它。对于正常操作，您将传入真实的套接字类型，但是当您想要测试各种不利的网络条件时，您可以传入模拟这些条件的实现。例如，您可以创建一个参数化延迟和带宽的套接字类型（未经测试的代码，请注意）：

import time, socket

class ControllableSocket:
    def __init__(self, latency, bandwidth):
        self._latency = latency
        self._bandwidth = bandwidth
        self._bytesSent = 0
        self._timeCreated = time.time()
        self._socket = socket.socket()

    def send(self, bytes):
        now = time.time()
        connectionDuration = now - self._timeCreated
        self._bytesSent += len(bytes)
        # How long should it have taken to send how many bytes we've sent with our
        # given bandwidth limitation?
        requiredDuration = self._bytesSent / self._bandwidth
        time.sleep(max(requiredDuration - connectionDuration, self._latency))
        return self._socket.send(bytes)

如果您实现其他套接字方法，connect，recv等，您可以用此类的实例替换真实套接字的实例类型。这使得程序的其余部分完全无需了解模拟的任何知识，从而简化了模拟，同时还允许您通过实现模拟它们的新套接字类型来尝试许多不同的网络配置。

这个想法是 Twisted 明确将“协议”（知道如何解释来自网络的字节并生成新字节发送到网络的对象）的概念与“传输”（知道如何获取字节的对象）分开的原因之一。网络并将字节放入其中。这种分离简化了测试，并允许像这样的新颖配置，其中传输提供了对某些其他网络条件（可能难以真实生成）的模拟。

Answer 2

冒着无法回答您提出的问题的风险，我会寻找在较低级别执行此操作的软件。

Netlimiter 对 Windows 执行此操作。我认为 BWMeter 和 带宽控制器也可以做到。

pyshaper 是一个类似的 Linux 工具。开源。您也许可以将其导入到您的 Python 程序中。

（要考虑的另一件事是，您可能已经拥有一个能够按照您想要的方式调整流量的路由器。不过，将其添加到您的软件中是一个相当大的依赖项，并且配置可能需要更多工作。）

Answer 3

那么，网络连接比另一个网络连接“慢”的原因是延迟和/或带宽。因此，如果您想要进行真实的模拟，您需要找到手机连接的带宽及其延迟，并在客户端程序中进行模拟。

但您似乎暗示您发送的数据非常少，因此带宽可能不会真正影响您的连接速度。因此，您可以模拟延迟，这就是您所做的：在发送的每个数据包之间睡眠（延迟）。不过 5 秒似乎很多。

但如果您认为带宽可能相关，那么模拟实际上非常简单：带宽是每秒可以发送的最大字节数，延迟是到达目的地所需的持续时间。

如何做到这一点：有一个全局时间戳“blockedUntil”，表示连接再次空闲以发送数据之前的时间。在程序开始时初始化为 0，因为我们假设它尚未被使用。然后，每次有数据包要发送时，如果“_blockedUntil”小于 now()，请将其设置为 now()。然后通过执行以下操作计算写入虚构“线路”所需的时间： packet.size() / 带宽，这将为您提供持续时间，添加延迟，并将其添加到“blockedUntil”。

现在计算 dt =blockedUntil - now()，将数据包添加到队列中，并添加一个在“dt”中触发的计时器，这将弹出队列中的第一个数据包并发送它。

好了，您已经模拟了带宽和延迟。

编辑：正如有人提到的，也存在丢包的问题。您可以通过丢弃数据包的概率来模拟这一点。 注意：只有在操作来自未连接协议（例如以太网或 UDP）的数据包时，才有可能出现这种情况。例如，对于 TCP 来说，它就不起作用。

Answer 4

使用 poorconn Python 包可以轻松实现慢速连接的模拟：

pip install poorconn

例如，在以下代码中，函数 client_socket()/server_socket() 返回一个客户端/服务器套接字对象，每发送 1024 字节消息就会延迟大约 2 秒。

from socket import socket
from poorconn import delay_before_sending, make_socket_patchable

def client_socket():
    s = socket()
    s = make_socket_patchable(s)
    delay_before_sending(s, 2, 1024)
    return s

def server_socket():
    s = socket()
    s = make_socket_patchable(s)
    delay_before_sending_upon_acceptance(s, 2, 1024)
    return s

然后，像普通套接字对象一样使用返回的套接字对象。

免责声明：我是 badconn 的主要作者。欢迎反馈。