Python基础之网络编程

目录

• 1 网络编程
  • 1.1 简介
  • 1.2 socket()
  • 1.3 TCP简单实例单向交互
    • 1.3.1 服务端
    • 1.3.2 客户端
  • 1.4 TCP 双向交互
    • 1.4.1 服务端
    • 1.4.2 客服端
  • 1.5 UDP 连接
  • 1.6 Python Internet 模块

1 网络编程

1.1 简介

Socket又称套接字，应用程序通常通过套接字向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。
Python 提供了两个级别访问的网络服务：

• 低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统Socket接口的全部方法。
• 高级别的网络服务模块 SocketServer， 它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

1.2 socket()

Python 中，我们用 socket() 函数来创建套接字，语法格式如下：
socket.socket([family[, type[, proto]]])

• family：套接字家族可以是 AF_UNIX 或者 AF_INET
• type：套接字类型可以根据是面向连接的还是非连接分为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
• proto：一般不填默认为0

Socket 对象(内建)方法
服务器端套接字

函数	描述
s.bind()	绑定地址（host,port）到套接字， 在AF_INET下,以元组（host,port）的形式表示地址
s.listen()	开始TCP监听。backlog指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。该值至少为1，大部分应用程序设为5就可以了。
s.accept()	被动接受TCP客户端连接,(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字

函数	描述
s.connect()	主动初始化TCP服务器连接，一般address的格式为元组（hostname,port），如果连接出错，返回socket.error错误。
s.connect_ex()	connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常

公共用途的套接字函数

函数	描述
s.recv()	接收TCP数据，数据以字符串形式返回，bufsize指定要接收的最大数据量。flag提供有关消息的其他信息，通常可以忽略。
s.send()	发送TCP数据，将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量，该数量可能小于string的字节大小。
s.sendall()	完整发送TCP数据。将string中的数据发送到连接的套接字，但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None，失败则抛出异常。
s.recvfrom()	接收UDP数据，与recv()类似，但返回值是（data,address）。其中data是包含接收数据的字符串，address是发送数据的套接字地址。
s.sendto()	发送UDP数据，将数据发送到套接字，address是形式为（ipaddr，port）的元组，指定远程地址。返回值是发送的字节数。
s.close()	关闭套接字
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组（ipaddr,port）
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value)	设置给定套接字选项的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen])	返回套接字选项的值。
s.settimeout(timeout)	设置套接字操作的超时期，timeout是一个浮点数，单位是秒。值为None表示没有超时期。一般，超时期应该在刚创建套接字时设置，因为它们可能用于连接的操作（如connect()）
s.gettimeout()	返回当前超时期的值，单位是秒，如果没有设置超时期，则返回None。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	如果 flag 为 False，则将套接字设为非阻塞模式，否则将套接字设为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用 recv() 没有发现任何数据，或 send() 调用无法立即发送数据，那么将引起 socket.error 异常。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关连的文件

1.3 TCP简单实例单向交互

1.3.1 服务端

我们使用 socket 模块的 socket 函数来创建一个 socket 对象。socket 对象可以通过调用其他函数来设置一个 socket 服务。
现在我们可以通过调用 bind(hostname, port) 函数来指定服务的 port(端口)。
接着，我们调用 socket 对象的 accept 方法。该方法等待客户端的连接，并返回 connection 对象，表示已连接到客户端。

完整代码如下：

#!/usr/bin/python3
# 文件名：server.py# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys# 创建 socket 对象
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()
port = 9999
# 绑定端口号
serversocket.bind((host, port))# 设置最大连接数，超过后排队
serversocket.listen(5)
print ('Waiting for connection...')
while True:# 建立客户端连接clientsocket,addr = serversocket.accept()      print("连接地址: %s" % str(addr))   msg='欢迎访问！'+ "\r\n"clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))clientsocket.close()

创建Socket时，AF_INET指定使用IPv4协议，如果要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。

1.3.2 客户端

接下来我们写一个简单的客户端实例连接到以上创建的服务。端口号为 9999。
socket.connect(hostname, port ) 方法打开一个 TCP 连接到主机为 hostname 端口为 port 的服务商。连接后我们就可以从服务端获取数据，记住，操作完成后需要关闭连接。

完整代码如下：

#!/usr/bin/python3
# 文件名：client.py# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys# 创建 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()# 设置端口号
port = 9999
# 连接服务，指定主机和端口
s.connect((host, port))
# 接收小于 1024 字节的数据
msg = s.recv(1024)
s.close()
print (msg.decode('utf-8'))

现在我们打开两个终端，第一个终端执行 server.py 文件：$ python3 server.py
第二个终端执行 client.py 文件：

$ python3 client.py
欢迎访问！

这时我们再打开第一个终端，就会看到有以下信息输出：

连接地址： ('192.168.0.118', 33397)

1.4 TCP 双向交互

1.4.1 服务端

#!/usr/bin/python3
# 文件名：server.py# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys# 创建 socket 对象
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定端口号
serversocket.bind(('127.0.0.1', 9999))# 设置最大连接数，超过后排队
serversocket.listen(5)
print ('Waiting for connection...')
while True:# 接受一个新连接:sock, addr = serversocket.accept()# 创建新线程来处理TCP连接:t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))t.start()def tcplink(sock, addr):print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)sock.send('Welcome!')while True:data = sock.recv(1024)time.sleep(1)if data == 'exit' or not data:breaksock.send('Hello, %s!' % data)sock.close()print ('Connection from %s:%s closed.' % addr)    

1.4.2 客服端

# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys# 创建 socket 对象
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)
# 接收小于 1024 字节的数据
for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:# 发送数据:s.send(data)print s.recv(1024)
s.send('exit')
s.close()

1.5 UDP 连接

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，能不能到达就不知道了。
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。
我们来看看如何通过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。
服务端

import socket
import sys
#服务器首先需要绑定端口：
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))print ('Bind UDP on 9999...')
while True:# 接收数据:data, addr = s.recvfrom(1024)print('Received from %s:%s.' % addr)s.sendto('Hello, %s!' % data.decode(), addr)

recvfrom()方法返回数据和客户端的地址与端口，这样，服务器收到数据后，直接调用sendto()就可以把数据用UDP发给客户端。

注意：创建Socket时，SOCK_DGRAM指定了这个Socket的类型是UDP。绑定端口和TCP一样，但是不需要调用listen()方法，而是直接接收来自任何客户端的数据

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

import socket
import sys
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:# 发送数据:s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))# 接收数据:print (s.recv(1024))
s.close()

从服务器接收数据仍然调用recv()方法。仍然用两个命令行分别启动服务器和客户端测试

1.6 Python Internet 模块

以下列出了 Python 网络编程的一些重要模块：

协议	功能用处	端口号	Python 模块
HTTP	网页访问	80	httplib, urllib, xmlrpclib
NNTP	阅读和张贴新闻文章，俗称为"帖子"	119	nntplib
FTP	文件传输	20	ftplib, urllib
SMTP	发送邮件	25	smtplib
POP3	接收邮件	110	poplib
IMAP4	获取邮件	143	imaplib
Telnet	命令行	23	telnetlib
Gopher	信息查找	70	gopherlib, urllib