2015/12/14 Python网络编程，TCP/IP客户端和服务器初探

一直不是很清楚服务器的定义，对于什么是服务器/客户端架构也只有一个模糊的感觉。最近开始学习，才明白一些什么服务器和客户端的关系。

所谓的服务器，就是提供服务的东西，它是一个硬件或者软件，可以向一个或者多个客户端提供所需要的服务。它存在的目的就是等待客户的请求，然后给客户服务，再接着等待请求。

而客户端，就来连上一个服务器，提出自己的请求，然后等待获得反馈。

比如说，打印机就是一个服务器的例子，与之相连的计算机就是客户端，通过网络连接打印机后，给它提出服务需求（打印）和传输数据（传输内容），然后打印机开始工作，或者返回造成服务失败的原因（比如缺纸或者没有墨）打印机是服务器端，它是一只等待请求的，它在一直工作，计算机这端是客户端，它不是一只工作的。

打印机是一个硬件服务器，也有一些软件服务器，比如说Web服务器，数据库服务器等等。

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那么它们又是怎样通过网络连接的呢？客户端/服务器之间的网络编程是如何做的？

首先，我们要创建一个通讯的断电，让服务器可以“监听”请求，好比公司的电话，客户通过电话设备向公司发行请求。

当然一个服务器在有电话之后还得将自己的电话给潜在的客户，才能得到响应，也就是说，必须得将网址发给客户才能有用。

对于客户端来说，同样也是创建一个通信端点，然后建立到与服务器的连接，客户就可以提出请求了。

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关于通讯端点，就要介绍一个概念，叫套接字。

我们之前谈的“通讯端点”的概念，是一个关于通讯的抽象，而套接字就是一种有这样能力数据结构了。

就好比我们应用整型浮点型布尔型一样，套接字也是一种数据结构，我们通过它来访问网络。

套接字起源于上世纪七十年代，在加州大学伯克利分校版本上的Unix上创立，开始的时候被设计用于在同一台机器上的多个应用程序通讯，也就是进程间通讯，有两种类型，一种基于文件系统，一种基于网络。

基于文件系统被用于不同进程通讯是很有意义的，因为文件系统是不同的进程都可以访问的。而不同电脑间，基于网络的套接字就是必须的了。

我先只考虑基于网络的套接字，有两种地址家族，一种是AF_INET，另一种是AF_NETLINK。在大部分时候，我们讨论的都是有链接的AF_INET套接字。

套接字的地址是有两部分组成的，一个是主机，一个是端口。

类似于电话网络的区号和电话号码的含义。主机确定了你访问的机器，也就是一个IP地址，端口是你所访问的服务器软件所使用的端口号。一台机器上可以有很多个程序都在使用端口，合法的端口号范围是0~65535.小于1024的端口号是系统保留的端口号。

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同时，还有一个基础知识是面向连接和面向无连接。

套接字有两种类型，一种是面向连接的，通信前先建立一条连接，然后顺序的、可靠的、不会重复的数据传输，不会有数据边界。实现这种连接的主要协议是传输控制协议（TCP），创建TCP套接字要指定套接字类型是SOCK_STREAM.

另一种是无连接套接字，也就是说传输数据前先不连接，这样数据传输的顺序、可靠性、不重复性就不可保证。这种传输的主要协议是用户数据报协议（UDP）。

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至此，网络的基础暂且放下，开始讲Python的网络编程。

Python提供了一个socket模块，来创建和使用套接字。

socket()模块函数

socket(socket_family, socket_type, protocol=0)

这个函数可以用于创建一个套接字对象，分别写入套接字家族名和套接字类型。

创建了这个套接字对象后，所有的交互都可以通过该对象的方法调用来进行。

具体的方法可以直接查Python的文档，我这里举例说明一下创建一个TCP服务器的过程：

from socket import *
from time import ctime

HOST = ''  # 主机
PORT = 8002 # 端口号，可以随意选择
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST, PORT) #主机端口号组成一个套接字地址

tcpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) #创建一个套接字对象，是AF_INET族的tcp套接字
tcpSerSock.bind(ADDR) #这个函数用于绑定地址到套接字
tcpSerSock.listen(5) # 服务器开始监听连接，参数表示最多允许同时有几个连接进来

while True:
    print 'waiting for connection...'
    tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept() #用于等待连接的到来
    print '...connected from:',addr

    while True:
        data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ) #用于接收从客户端发来的数据 参数代表一次最多接受的数据量，这里为1k
        if not data:
            break
        tcpCliSock.send('[%s] %s' % (
            ctime(), data)) # 将时间戳作为内容发送给客户端

    tcpCliSock.close()

tcpSerSock.close()

运行时，可以看到服务器开始运行，等待一个客户端的连接，所以此刻我们需要用客户端去连接这个服务器。

再写一个简单的客户端的程序：

from socket import *

HOST = 'localhost' #由于服务器开设在自己电脑上，所以主机是本地
PORT = 8002 #同一个连接端口
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST, PORT)

tcpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) #同样的TCP套接字
tcpCliSock.connect(ADDR) # 连接相应的地址，初始化TCP服务器的连接

while True:
    data = raw_input('>')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(data) # 向服务器传输数据
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ) # 接受服务器端的数据
    if not data:
        break
    print data

tcpCliSock.close()

至此，你运行客户端的程序，就可以验证程序了。

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当然，为了学习的乐趣，最好不要在本地连接，还是拿两台电脑来连接比较好，主要是客户端要知道服务器端的IP地址。

IP地址在网络属性里可以找，如图：

然后用同样的程序框架就可以实现两机间的通讯了，最后可以做到如下图的一个对讲机程序：

当然，要做到一个双方都可以自由发言的聊天工具，却又不是这么简单了。需要有新的尝试了。