Python进阶三部曲网络编程

Posted 2020-10-23

使用Python进行网络编程时，实际上是在Python程序中本身这个进程内，连接到指定服务器进程的通信端口进行通信，所以网络通信也可以看成两个进程间的通信。

提到网络编程必须提到的一个概念是Socket,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连接，而打开一个socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协类型即可。

Python提供了两个基本的Socket模块：

1. 提供了标准的BSD Sockets API
2. SocketServer,提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

Socket类型。

套接字格式为:socket(family,type[,protocal]),使用给定的地铁，套接字类型，协议编号(默认为0)来创建套接字。

Socket类型及说明。

Socket类型	描述
socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程问通信
socket.AF_INET	服务器之间网络通信
socket.AF_INET6	IPv6
socket.SOCK_STREAM	流式socket,用TCP
socket.SOCK_DGRAM	教据报式socket,用于UDP
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW 可以; 其次，SOCK_RAW 也可以处理特殊的IPV4报文; 此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL 套接字选项由用户构造IP头
socket.SOCK_SEOPACKET	可靠的连续数据包服务
创建TCP Socket	s=socket socket( socket.AF_INET,socket SOCK_STREAM)
创建UDP Socket	s=socket.socket(socket.AF_INET,socket SOCK_DGRAM

Socket函数

Socket函数及说明。

Socket函数	描述
-	服务端函数
s.bind(address)	将套接字绑定到地址，在AFINET下，以元组Chost.port) 的形式表示地址
s.listen( backlog )	开始监听TCP传人连按。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()	接受TCP连接开返回(conn,addes )，其中conn 是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址
-	客户端Socket函数
s connect(address )	连接到 address 处的套接字。一般 address 的格式为元组(hostoame,port )，如果连接出错，返回socket.error 错误
s.connect_ex(adddress)	功能与conncct(address)相同，但是成功返回0，失败返同ermno 的值
-	公共Socket函数
s.recv bufsize[,flag)	接受TCP 套接字的数据。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(stringC,flag])	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(string[,flag])	完整发送TCP 数据。将string 中的数据发送到连接的套接字，但在返同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(bufsize[.flag])	接受UDP 套接字的数据。与recv0类似，但返回值是data,addres )。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(string[,flag].address)	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(ipadd.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，timcout 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，因为它们可能会用于连接操作(如connect())
s.setblocking(flag)	如果fag 为0，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，将引起socket.error异常

TCP编程

网络编程一般包括肉部分：服务器和客户端，TCP是一种面向连接的通信方式，主动发起连接的叫客户端，被动响应的连接叫服务器。

创建服务端：

首先说一下服务器，创建和运行服务端一般需要5个步骤：

1. 创建Socket,绑定Socket到本地IP与端口。
2. 开始监听连接
3. 进入循环，不断接收客户的连接请求
4. 接收传来的数据，并发送给对方数据。
5. 传输完毕后，关闭Socket.

# coding:utf-8
import socket
import threading
import time

def dealClient(sock, addr):
    # 接收传来的数据，并发送给对方数据。
    print(‘Accpet new conn from %s:%s‘ % addr)
    sock.send(b‘hello, i am server‘)
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if not data or data.decode(‘utf-8‘) == ‘exit‘:
            break
        print(‘%s!‘ % data.decode(‘utf-8‘))
        sock.send((‘Loop_msg:%s!‘ % data.decode(‘utf-8‘)).encode(‘utf-8‘))
    # 关闭socket
    sock.close()
    print(‘conn from %s:%s close.‘ % addr)

if __name__ == "__main__":
    # 第一步：创建一个基于IPV4和TCP协议的Socket
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # socket绑定IP(127.0.0.1为本机IP)与端口。
    s.bind((‘127.0.0.1‘, 9999))
    # 监听连接。
    s.listen(5)

    print(‘wating for conn...‘)

    while True:
        # 接收一个新连接，
        sock, addr = s.accept()
        # 创建新线程来处理TCP连接。
        t = threading.Thread(target=dealClient, args=(sock, addr))
        t.start()

创建客户端：

1. 创建Socket,连接远端地址。
2. 连接后发送数据和接收数据。
3. 传输完毕后，关闭Socket

import socket

# 初始化Socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接目标的IP和端口。
s.connect((‘127.0.0.1‘, 9999))
# 接收数据，
print(‘-->>‘, s.recv(1024).decode(‘utf-8‘))
# 发送数据。
s.send(b‘Hello,i am a client‘)
print(‘-->>‘ + s.recv(1024).decode(‘utf-8‘))
s.send(b‘exit‘)
# 关闭socket
s.close()

先运行，服务端，再运行客户端，得到：
-->> hello, i am server
-->>Loop_msg:Hello,i am a client!

UDP编程，

TCP通信需要一个建立可靠连接的过程，而且通信双方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，就可以直接发送数据包，但是不关心是否能到达目的端，虽然使用UDP传输数据不可靠，但由于它没有建立连接的过程，速度比TCP快得多，对于不要求可靠到达的数据，就可以使用UDP协议。

使用UDP协议，TCP一样，也有服务端与客房端之分，UDP编程相对于TCP编程比较简单，服务端创建和运行只需要3个步骤：

1. 创建Socket,绑定指定的IP和端口。
2. 直接发送数据和接收数据，
3. 关闭Socket

创建服务端：

# coding:utf-8
import socket

# 创建Socket,绑定指定的IP和端口。
# SOCK_DGRAM 指定了这个Socket的类型是UDP，绑定端品和TCP示例一样。
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind((‘127.0.0.1‘, 9999))
print(‘bind udp on 9999...‘)

while True:
    # 直接发送数据和接收数据。
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(‘received from %s:%s.‘ % addr)
    s.sendto(b‘hello,%s!‘ % data, addr)

创建客户端

创建Socket，直接可以与服务端进行数据交互换。

# coding:utf-8
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in [b‘hello‘, b‘world‘,b‘python‘,b‘android‘,b‘java‘]:
    # 发送数据
    s.sendto(data, (‘127.0.0.1‘, 9999))
    # 接收数据，
    print(s.recv(1024).decode(‘utf-8‘))

s.close()

得到：
hello,hello!
hello,world!
hello,python!
hello,android!
hello,java!

以上就是UDP服务端和客房端数据交互的流程，UDP的使用与TCP类型，但是不需要建立连接，此外，服务器绑定UDP端口和TCP端口互不冲突，即UDP的9999端品与TCP的9999端口可以各自绑定。