从零开始学Python第八周:详解网络编程基础(socket)

一,Socket编程

(1)Socket方法介绍

  • Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接“,而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号,再指定协议类型即可。
  • 套接字是一个双向的通信信道的端点。套接字可能在沟通过程,进程之间在同一台机器上,或在不同的计算机之间的进程
  • 要创建一个套接字,必须使用Socket模块的socket.socket()方法

在socket模块中的一般语法:

s = socket.socket(socket_family,socket_type,protocol=0)

(3)TCP介绍

大多数连接都是可靠的TCP连接。创建TCP连接时,主动发起连接的叫客户端,被动响应连接的叫服务器

例如在浏览器中访问新浪时,我们自己的计算机就是客户端,浏览器会主动向新浪的服务器发起连接。如果一切顺利,新浪的服务器接受了我们的连接,一个TCP连接就建立起来了,后面的通信就是发送网页内容了

(4)TCP编程演示-客户端

要创建一个基于TCP连接的Socket,代码演示:

 import socket
 
 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 s.connect(('www.sina.com.cn',))

建立TCP连接后,就可以向服务器发送请求,要求返回首页的内容,发送的文本格式必须符合HTTP标准,然后接收服务器返回的数据,最后关闭连接

(5)TCP编程演示-服务器

和客户端编程相比,服务器编程就要复杂一些,服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了,服务器就与该客户端建立Socket连接,随后的通信就靠这个Socket连接了

编写一个简单的服务器程序,它接收客户端连接,把客户端发过来的字符串加上Hello再发回去,代码演示:

 import socket
 
 Host = 'locakhost'   #监听的IP地址
 port =       #监听的端口
 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)  #建立套接字
 s.bind(Host,port)    #绑定IP地址和端口
 s.listen()       #开始监听
 conn,addr = s.accept() #接受一个新连接
 data = conn.recv() #接收客户端字符串
 conn.sendall(data+'Hello') #发送字符串给客户端

需要注意的是:同一个端口,被一个Socket绑定了以后,就不能被别的Socket绑定了

(6)UDP介绍

  • TCP是建立可靠连接,并且通信双方都可以以流的形式发送数据。相对TCP,UDP则是面向无连接的协议
  • 使用UDP协议时,不需要建立连接,只需要知道对方的IP地址和端口号,就可以直接发数据包。但是,能不能到达并不清楚。
  • 虽然用UDP传输数据不可靠,但它的优点是和TCP比,速度快,对于不要求可靠到达的数据,就可以使用UDP协议

(7)UDP编程演示

通过UDP协议传输数据。和TCP类似,使用UDP的通信双方也分为客户端和服务器。服务器首先需要绑定端口,代码演示:

 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 s.bind(('...',))  #端口绑定

客户端使用UDP时,首先仍然创建基于UDP的Socket,但是不需要调用connect(),直接通过sendto()给服务器发数据,代码演示:

 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 for data in ['Michael','Tracy','Sarah']:
   s.sendto(data)

需要注意的是:服务器绑定UDP端口和TCP端口互不冲突,UDP的9999端口与TCP的9999端口可以各自绑定

二,TCP编程举例

Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”,而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号,再指定协议类型即可。

客户端

举个例子,当我们在浏览器中访问新浪时,我们自己的计算机就是客户端,浏览器会主动向新浪的服务器发起链接。如果一切顺利,新浪的服务器接收了我们的连接,一个TCP连接就建立起来了,后面的通信就是发送网页内容。

所以,我们要创建一个基于TCP连接的Socket,可以这样做:

 # 导入socket库
 import socket
 # 创建一个socket:
 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
 # 建立连接
 s.connect(('www.sina.com.cn',))

创建Socket时,AF_INET指定使用IPv4协议,如果要用更先进的IPv6,就指定为AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议,这样,一个Socket对象就创建成功,但是还没有建立连接。

客户端要主动发起TCP连接,必须知道服务器的IP地址和端口号。新浪网站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn自动转换到IP地址,而Web服务的标准端口80.

因此,我们连接新浪服务器的代码如下:

s = connect(('www.sina.com.cn',80))

注意参数是一个tuple,包含地址和端口号。

建立TCP连接后,我们就可以向新浪服务器发送请求,要求返回首页的内容:

# 发送数据:
s.send('GET / HTTP/1.1\r\nHost:www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

TCP连接创建的是双向通道,双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发,怎么协调,要根据具体的协议来决定。例如,HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器,服务器收到后才发数据给客户端。

发送的文本格式必须符合HTTP标准,如果格式没问题,接下来就可以接收新浪服务器返回的数据了:

 # 接收数据:
 buffer = []
 while True:
   # 每次最多接收K字节:
   d = srecv()
   if d:
     bufferappend(d)
   else:
     break
   data = ''join(buffer)

接收数据时,调用recv(max)方法,一次最多接收指定的字节数,因此,在一个while循环中反复接收,直到recv()返回空数据,表示接收完毕,退出循环。

当我们接收完数据后,调用close()方法关闭Socket,这样,一次完整的网络通信就结束了:

# 关闭连接
s.close()

接收到的数据包括HTTP头和网页本身,我们只需要把HTTP头和网页分离一下,把HTTP头打印出来,网页内容保存到文件:

header,html = data.split('\r\n\r\n',1)
print header
# 把接收的数据写入文件:
with open('sina.html','wb') as f:
  f.write(html)

现在,只需要在浏览器中打开这个sina.html文件,就可以看到新浪的首页了。

服务器

和客户端编程相比,服务器编程就要复杂一些。

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了,服务器就与该客户端建立Socket连接,随后的通信就靠这个Socket连接了。

所以,服务器会打开固定端口(比如80)监听,每来一个客户端连接,就创建该Socket连接。由于服务器会打开固定端口(比如80)监听,每来一个客户端连接,就创建该Socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接,所以,服务器要能够区分一个Socket连接是和哪个客户端绑定的。一个Socket依赖4项:服务器地址,服务器端口,客户端地址,客户端端口来唯一确定一个Socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端请求,所以,每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理,否则,服务器一次就只能服务一个客户端了。

我们来编写一个简单的服务器程序,它接收客户端连接,把客户端发过来的字符串加上Hello再发回去。

首先,创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket:

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

然后,我们要绑定监听的地址和端口。服务器可能有多块网卡,可以绑定到某一块网卡的IP地址上,也可以0.0.0.0绑定到所有的网络地址,还可以用127.0.0.1绑定到本机地址。127.0.0.1是一个特殊的IP地址,表示本机地址,如果绑定到这个地址,客户端必须同时在本机运行才能连接,也就是说,外部的计算机无法连接进来。

端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务,所以用9999这个端口号。请注意,小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定:

# 监听端口
s.bind(('127.0.0.1',9999))

紧接着,调用listen()方法开始监听端口,传入的参数指定等待连接的最大数量:

s.listen(5)
print 'Waiting for connection...'

接下来,服务器程序通过一个永久循环来接受来自客户端的连接,accept()会等待并返回一个客户端连接:

while TAG:
  # 接受一个新连接
  conn,addr = s.accept()
  # 创建一个新线程处理TCP连接
   t = threading.Thread(target=tcplink,args=(conn,addr))
   t.start()

每个连接都必须创建新线程(或进程)来处理,否则,单线程在处理连接的过程中,无法接受其他客户端的连接:

def tcplink(conn,addr):
  print ('Accept new connection form {0}'.format(addr))
  conn.send('Welcome!')
  while True:
    data = conn.recv(1024)
    time.sleep(1)
    if data == 'exit' or not data:
      break
    socket.send('Hello,{0}!'.format(data))
  conn.close()
  print ('Connection from {0} closed.'.format(addr))

连接建立后,服务器首先发一条欢迎消息,然后等待客户端数据,并加上Hello再发送给客户端。如果客户端发送了exit字符串,就直接关闭连接

要测试这个服务器程序,我们还需要编写一个客户端程序:

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# 建立连接:
s.connect(('127.0.0.1',9999))
# 接收欢迎消息:
print s.recv(1024)
for data in ['Michael','Tracy','Sarah']:
  # 发送数据:
  s.send(data)
  print s.recv(1024)
s.send('exit')
s.close()

然后我们打开两个命令行窗口,一个运行服务器程序,另一个运行客户端程序,就可以看到效果。

需要注意的是,客户端程序运行完毕就退出了,而服务器程序会永远运行下去,必须按Ctrl+C退出程序。

小结

用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单,对于客户端,要主动连接服务器的IP和指定端口,对于服务器,要首先监听端口,然后,对每一个新的连接,创建一个线程或进程来处理。通常,服务器程序会无限运行下去。

同一个端口,被一个Socket绑定了以后,就不能被别的Socket绑定了。 

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持呐喊教程。

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