Python中级 —— 04网络编程

网络编程

网络编程对所有开发语言都是一样的，Python也不例外。用Python进行网络编程，就是在Python程序本身这个进程内，连接别的服务器进程的通信端口进行通信。

TCP编程

TCP建立可靠连接，并且通信双方都可以以流的形式发送数据
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"。
打开一个Socket需要目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型。

UDP编程

UDP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。

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。

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。

客户端

客户端编程步骤：(必要的1，2，5)

1. 创建一个基于TCP连接的Socket
   
   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

   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。

2. 建立连接
   
   s.connect('www.sina.com.cn', 80)

   IP地址：www.sina.com.cn 端口：80 （Web服务的标准端口：80 SMTP服务：25 FTP服务：21 端口号小于1024的是Internet标准服务的端口，大于1024的可以任意使用）

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

4. 接收数据
   
   s.recv(1024)

   每次最多接收最大字节数

5. 关闭连接
   
   s.close()

6. 分析数据

   接收的数据包括HTTP头和网页本身，分离即可

   header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)

   print(header.decode('utf-8'))

7. 写入 sina.html 文件

import socket

# 创建一个Socket
s = socket.socket(socket.SG_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 建立连接
s.connect('www.sina.com.cn', 80)

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

# 接收数据:
buffer = []
while True:
    # 每次最多接收1k字节:
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = b''.join(buffer)

# 关闭连接:
s.close()

header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
# 把接收的数据写入文件:
with open('sina.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

# 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。

服务端

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的请求，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。

步骤：

1 .socket()创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket：

2. 绑定监听的地址和端口

3. listen()监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量：

4. accept()等待并返回一个客户端的连接:

5. 定义函数用于创建新线程或进程（用来同时接收多个客户端）

服务端程序

# 1. 创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket：
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)`

# 2. 绑定监听端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

# 3. 监听端口
s.listen(5)
print('Waiting for connection...')

# 4. 等待并返回一个客户端的连接:
while True:
    # 接受一个新连接:
    sock, addr = s.accept()
    # 创建新线程来处理TCP连接:
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

# 5. 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(sock, addr):
    print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    sock.send(b'Welcome!')
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
            break
        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

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).decode('utf-8'))
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 发送数据:
    s.send(data)
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.send(b'exit')
s.close()

我们需要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即可。

UDP编程

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：

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。

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：

服务端

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(b'Hello, %s!' % data, addr)

客户端

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

注意： UDP的使用与TCP类似，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，也就是说，UDP的9999端口与TCP的9999端口可以各自绑定。