[Python] 网络编程之TCP编程

 转自：TCP编程 - 廖雪峰的官方网站

 

Socket是网络编程的一个抽象概念。一般咱们用一个Socket表示“打开了一个网络连接”，而打开一个Socket须要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型便可。

客户端

大多数链接都是可靠的TCP链接。建立TCP链接时，主动发起链接的叫客户端，被动响应链接的叫服务器。

举个例子，当咱们在浏览器中访问新浪时，咱们本身的计算机就是客户端，浏览器会主动向新浪的服务器发起链接。若是一切顺利，新浪的服务器接受了咱们的链接，一个TCP链接就创建起来的，后面的通讯就是发送网页内容了。

因此，咱们要建立一个基于TCP链接的Socket，能够这样作：

# 导入socket库:
import socket

# 建立一个socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 创建链接:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

 建立Socket时，AF_INET指定使用IPv4协议，若是要用更先进的IPv6，就指定为AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议，这样，一个Socket对象就建立成功，可是尚未创建链接。

客户端要主动发起TCP链接，必须知道服务器的IP地址和端口号。新浪网站的IP地址能够用域名www.sina.com.cn自动转换到IP地址，可是怎么知道新浪服务器的端口号呢？

答案是做为服务器，提供什么样的服务，端口号就必须固定下来。因为咱们想要访问网页，所以新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口，由于80端口是Web服务的标准端口。其余服务都有对应的标准端口号，例如SMTP服务是25端口，FTP服务是21端口，等等。端口号小于1024的是Internet标准服务的端口，端口号大于1024的，能够任意使用。

所以，咱们链接新浪服务器的代码以下：

s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

 注意参数是一个tuple，包含地址和端口号。

 

创建TCP链接后，咱们就能够向新浪服务器发送请求，要求返回首页的内容：

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

 TCP链接建立的是双向通道，双方均可以同时给对方发数据。可是谁先发谁后发，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。

 

发送的文本格式必须符合HTTP标准，若是格式没问题，接下来就能够接收新浪服务器返回的数据了：

# 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)

 接收数据时，调用recv(max)方法，一次最多接收指定的字节数，所以，在一个while循环中反复接收，直到recv()返回空数据，表示接收完毕，退出循环。

 

当咱们接收完数据后，调用close()方法关闭Socket，这样，一次完整的网络通讯就结束了：

# 关闭链接:
s.close()

 

接收到的数据包括HTTP头和网页自己，咱们只须要把HTTP头和网页分离一下，把HTTP头打印出来，网页内容保存到文件：

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)

 如今，只须要在浏览器中打开这个sina.html文件，就能够看到新浪的首页了。

 

服务器

和客户端编程相比，服务器编程就要复杂一些。

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其余客户端的链接。若是某个客户端链接过来了，服务器就与该客户端创建Socket链接，随后的通讯就靠这个Socket链接了。

因此，服务器会打开固定端口（好比80）监听，每来一个客户端链接，就建立该Socket链接。因为服务器会有大量来自客户端的链接，因此，服务器要可以区分一个Socket链接是和哪一个客户端绑定的。一个Socket依赖4项：服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来惟一肯定一个Socket。

可是服务器还须要同时响应多个客户端的请求，因此，每一个链接都须要一个新的进程或者新的线程来处理，不然，服务器一次就只能服务一个客户端了。

咱们来编写一个简单的服务器程序，它接收客户端链接，把客户端发过来的字符串加上Hello再发回去。

首先，建立一个基于IPv4和TCP协议的Socket：

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

 

而后，咱们要绑定监听的地址和端口。服务器可能有多块网卡，能够绑定到某一块网卡的IP地址上，也能够用0.0.0.0绑定到全部的网络地址，还能够用127.0.0.1绑定到本机地址。127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示本机地址，若是绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能链接，也就是说，外部的计算机没法链接进来。

端口号须要预先指定。由于咱们写的这个服务不是标准服务，因此用9999这个端口号。请注意，小于1024的端口号必需要有管理员权限才能绑定：

# 监听端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

 

紧接着，调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定等待链接的最大数量：

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

 

接下来，服务器程序经过一个永久循环来接受来自客户端的链接，accept()会等待并返回一个客户端的链接:

while True:
    # 接受一个新链接:
    sock, addr = s.accept()
    # 建立新线程来处理TCP链接:
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

 

每一个链接都必须建立新线程（或进程）来处理，不然，单线程在处理链接的过程当中，没法接受其余客户端的链接：

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)

 链接创建后，服务器首先发一条欢迎消息，而后等待客户端数据，并加上Hello再发送给客户端。若是客户端发送了exit字符串，就直接关闭链接。

 

要测试这个服务器程序，咱们还须要编写一个客户端程序：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 创建链接:
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()

 

咱们须要打开两个命令行窗口，一个运行服务器程序，另外一个运行客户端程序，就能够看到效果了：

须要注意的是，客户端程序运行完毕就退出了，而服务器程序会永远运行下去，必须按Ctrl+C退出程序。

 

小结

用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单，对于客户端，要主动链接服务器的IP和指定端口，对于服务器，要首先监听指定端口，而后，对每个新的链接，建立一个线程或进程来处理。一般，服务器程序会无限运行下去。

同一个端口，被一个Socket绑定了之后，就不能被别的Socket绑定了。

 

完整源码参考

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
# Date: 2018-10-11

# 导入socket库
import socket

# 建立一个socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 创建链接
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
buff = []
while True:
    # 每次最多接收1k字节
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buff.append(d)
    else:
        break
data = b"".join(buff)

# 关闭链接
s.close()

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

tcp_client_sina.py

  

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
# Date: 2018-10-11

import socket
import threading
import time

def tcp_link(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)

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

# 监听端口
s.bind(("127.0.0.1", 9999))

# 指定等待链接的最大数量
s.listen(5)
print("Waiting for connection...")

while True:
    # 接收一个新链接
    sock, addr = s.accept()
    # 建立新线程来处理TCP链接
    t = threading.Thread(target=tcp_link, args=(sock, addr))
    t.start()

tcp_server_local.py

  

#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
# Date: 2018-10-11

# 导入socket库
import socket

# 建立一个socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 创建链接
s.connect(("127.0.0.1", 9999))

# 接收欢迎信息
print(s.recv(1024).decode("utf-8"))

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

# 关闭链接
s.close()

tcp_client_local.py