從零開始學Python第八周：網路編程基礎（socket)

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Socket網路編程一，Socket編程（1）Socket方法介紹

• Socket是網路編程的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“開啟了一個網路連結“，而開啟一個Socket需要知道目標電腦的IP地址和連接埠號碼，再指定協議類型即可。
• 通訊端是一個雙向的通訊通道的端點。通訊端可能在溝通過程，進程之間在同一台機器上，或在不同的電腦之間的進程
• 要建立一個通訊端，必須使用Socket模組的socket.socket()方法
• 在socket模組中的一般文法：

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

（3）TCP介紹

• 大多數串連都是可靠的TCP串連。建立TCP串連時，主動發起串連的叫用戶端，被動響應串連的叫伺服器
• 例如在瀏覽器中訪問新浪時，我們自己的電腦就是用戶端，瀏覽器會主動向新浪的伺服器發起串連。如果一切順利，新浪的伺服器接受了我們的串連，一個TCP串連就建立起來了，後面的通訊就是發送網頁內容了

（4）TCP編程示範-用戶端

• 要建立一個基於TCP串連的Socket，代碼示範：

1 import socket2 3 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)4 s.connect((‘www.sina.com.cn‘,80))

 

• 建立TCP串連後，就可以向伺服器發送請求，要求返回首頁的內容，發送的文字格式設定必須符合HTTP標準，然後接收伺服器返回的資料，最後關閉串連

（5）TCP編程示範-伺服器

• 和用戶端編程相比，伺服器編程就要複雜一些，伺服器處理序首先要綁定一個連接埠並監聽來自其他用戶端的串連。如果某個用戶端串連過來了，伺服器就與該用戶端建立Socket串連，隨後的通訊就靠這個Socket串連了
• 編寫一個簡單的伺服器程式，它接收用戶端串連，把用戶端發過來的字串加上Hello再發回去，代碼示範：

 1 import socket 2  3 Host = ‘locakhost‘      #監聽的IP地址 4 port = 8888             #監聽的連接埠 5 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)   #建立通訊端 6 s.bind(Host,port)       #綁定IP地址和連接埠 7 s.listen(5)             #開始監聽 8 conn,addr = s.accept()  #接受一個新串連 9 data = conn.recv(1024)  #接收用戶端字串10 conn.sendall(data+‘Hello‘) #發送字串給用戶端

 

• 需要注意的是：同一個連接埠，被一個Socket綁定了以後，就不能被別的Socket綁定了

（6）UDP介紹

• TCP是建立可靠串連，並且通訊雙方都可以以流的形式發送資料。相對TCP，UDP則是面向不需連線的協議
• 使用UDP協議時，不需要建立串連，只需要知道對方的IP地址和連接埠號碼，就可以直接發資料包。但是，能不能到達並不清楚。
• 雖然用UDP傳輸資料不可靠，但它的優點是和TCP比，速度快，對於不要求可靠到達的資料，就可以使用UDP協議

（7）UDP編程示範

• 通過UDP協議傳輸資料。和TCP類似，使用UDP的通訊雙方也分為用戶端和伺服器。伺服器首先需要綁定連接埠，代碼示範：

1 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)2 s.bind((‘127.0.0.1‘,9999))   #連接埠綁定

 

• 用戶端使用UDP時，首先仍然建立基於UDP的Socket，但是不需要調用connect(),直接通過sendto（）給伺服器發資料，代碼示範：

1 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)2 for data in [‘Michael‘,‘Tracy‘,‘Sarah‘]:3     s.sendto(data)

 

• 需要注意的是：伺服器綁定UDP連接埠和TCP連接埠互不衝突，UDP的9999連接埠與TCP的9999連接埠可以各自綁定

二，TCP編程舉例

Socket是網路編程的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“開啟了一個網路連結”，而開啟一個Socket需要知道目標電腦的IP地址和連接埠號碼，再指定協議類型即可。

• 用戶端

舉個例子，當我們在瀏覽器中訪問新浪時，我們自己的電腦就是用戶端，瀏覽器會主動向新浪的伺服器發起連結。如果一切順利，新浪的伺服器接收了我們的串連，一個TCP串連就建立起來了，後面的通訊就是發送網頁內容。

所以，我們要建立一個基於TCP串連的Socket，可以這樣做：

1 # 匯入socket庫2 import socket3 # 建立一個socket：4 s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)5 # 建立串連6 s.connect((‘www.sina.com.cn‘,80))

建立Socket時，AF_INET指定使用IPv4協議，如果要用更先進的IPv6，就指定為AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協議，這樣，一個Socket對象就建立成功，但是還沒有建立串連。

用戶端要主動發起TCP串連，必須知道伺服器的IP地址和連接埠號碼。新浪網站的IP地址可以用網域名稱www.sina.com.cn自動轉換到IP地址，而Web服務的標準連接埠80.

因此，我們串連新浪伺服器的代碼如下：

s = connect((‘www.sina.com.cn‘,80))

注意參數是一個tuple,包含地址和連接埠號碼。

建立TCP串連後，我們就可以向新浪伺服器發送請求，要求返回首頁的內容：

# 發送資料：s.send(‘GET / HTTP/1.1\r\nHost:www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n‘)

 

TCP串連建立的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發資料。但是誰先發誰後發，怎麼協調，要根據具體的協議來決定。例如，HTTP協議規定用戶端必須先發請求給伺服器，伺服器收到後才發資料給用戶端。

發送的文字格式設定必須符合HTTP標準，如果格式沒問題，接下來就可以接收新浪伺服器返回的資料了：

 1 # 接收資料： 2 buffer = [] 3 while True: 4     # 每次最多接收1K位元組： 5     d = s.recv(1024) 6     if d: 7         buffer.append(d) 8     else: 9         break10     data = ‘‘.join(buffer)

 

接收資料時，調用recv(max)方法，一次最多接收指定的位元組數，因此，在一個while迴圈中反覆接收，直到recv（）返回空資料，表示接收完畢，退出迴圈。

當我們接收完資料後，調用close（）方法關閉Socket，這樣，一次完整的網路通訊就結束了：

# 關閉串連s.close()

 

接收到的資料包括HTTP頭和網頁本身，我們只需要把HTTP頭和網頁分離一下，把HTTP頭列印出來，網頁內容儲存到檔案：

header,html = data.split(‘\r\n\r\n‘,1)print header# 把接收的資料寫入檔案：with open(‘sina.html‘,‘wb‘) as f:    f.write(html)

 

 

現在，只需要在瀏覽器中開啟這個sina.html檔案，就可以看到新浪的首頁了。

• 伺服器

和用戶端編程相比，伺服器編程就要複雜一些。

伺服器處理序首先要綁定一個連接埠並監聽來自其他用戶端的串連。如果某個用戶端串連過來了，伺服器就與該用戶端建立Socket串連，隨後的通訊就靠這個Socket串連了。

所以，伺服器會開啟固定連接埠（比如80）監聽，每來一個用戶端串連，就建立該Socket串連。由於伺服器會開啟固定連接埠（比如80）監聽，每來一個用戶端串連，就建立該Socket串連。由於伺服器會有大量來自用戶端的串連，所以，伺服器要能夠區分一個Socket串連是和哪個用戶端綁定的。一個Socket依賴4項：伺服器位址，伺服器連接埠，用戶端地址，用戶端連接埠來唯一確定一個Socket。

但是伺服器還需要同時響應多個用戶端請求，所以，每個串連都需要一個新的進程或者新的線程來處理，否則，伺服器一次就只能服務一個用戶端了。

我們來編寫一個簡單的伺服器程式，它接收用戶端串連，把用戶端發過來的字串加上Hello再發回去。

首先，建立一個基於IPv4和TCP協議的Socket：

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

 

然後，我們要綁定監聽的地址和連接埠。伺服器可能有多塊網卡，可以綁定到某一塊網卡的IP地址上，也可以0.0.0.0綁定到所有的網路地址，還可以用127.0.0.1綁定到本機地址。127.0.0.1是一個特殊的IP地址，表示本機地址，如果綁定到這個地址，用戶端必須同時在本機運行才能串連，也就是說，外部的電腦無法串連進來。

連接埠號碼需要預先指定。因為我們寫的這個服務不是標準服務，所以用9999這個連接埠號碼。請注意，小於1024的連接埠號碼必須要有管理員權限才能綁定：

# 監聽連接埠s.bind((‘127.0.0.1‘,9999))

 

　　緊接著，調用listen（）方法開始監聽連接埠，傳入的參數指定等待串連的最大數量：

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

 

　　接下來，伺服器程式通過一個永久迴圈來接受來自用戶端的串連，accept（）會等待並返回一個用戶端串連：

while TAG:    # 接受一個新串連    conn,addr = s.accept()    # 建立一個新線程處理TCP串連     t = threading.Thread(target=tcplink,args=(conn,addr))     t.start()

 

　　每個串連都必須建立新線程（或進程）來處理，否則，單線程在處理串連的過程中，無法接受其他用戶端的串連：

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))

 

　　串連建立後，伺服器首先發一條歡迎訊息，然後等待用戶端資料，並加上Hello再發送給用戶端。如果用戶端發送了exit字串，就直接關閉串連

　　要測試這個伺服器程式，我們還需要編寫一個用戶端程式：

　　

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)# 建立串連：s.connect((‘127.0.0.1‘,9999))# 接收歡迎訊息：print s.recv(1024)for data in [‘Michael‘,‘Tracy‘,‘Sarah‘]:    # 發送資料：    s.send(data)    print s.recv(1024)s.send(‘exit‘)s.close()

 

　　然後我們開啟兩個命令列視窗，一個運行伺服器程式，另一個運行用戶端程式，就可以看到效果。

　　需要注意的是，用戶端程式運行完畢就退出了，而伺服器程式會永遠運行下去，必須按Ctrl+C退出程式。

• 小結

　　用TCP協議進行Socket編程在Python中十分簡單，對於用戶端，要主動串連伺服器的IP和指定連接埠，對於伺服器，要首先監聽連接埠，然後，對每一個新的串連，建立一個線程或進程來處理。通常，伺服器程式會無限運行下去。

同一個連接埠，被一個Socket綁定了以後，就不能被別的Socket綁定了。　

 

從零開始學Python第八周：網路編程基礎（socket)