Python学习笔记（四十五）网络编程（1）TCP编程

摘抄：https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/001432004374523e495f640612f4b08975398796939ec3c000

 

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？

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。

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')

（\r\n :  回车换行）

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) # 1是分割一次的意思 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

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   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：

import socket s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 创建链接: s.connect(('127.0.0.1', 9999)) # 接受欢迎消息: print(s.recv(1024).decode('utf-8')) for data in [b'Douzi', b'Chang', b'Qing']: # 发送数据:  s.send(data) print(s.recv(1024).decode('utf-8')) s.send(b'exit') s.close()

结果：

D:\Python\python.exe F:/APython_DemoCode/cn/Douzi/lesson_TCP/TCP_Server.py Waiting for connection... Accept new connect from 127.0.0.1:15144... Connection from 127.0.0.1:15144 closed.

D:\Python\python.exe F:/APython_DemoCode/cn/Douzi/lesson_TCP/TCP_client.py Welcome! Hello, Douzi! Hello, Chang! Hello, Qing!

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。

 

所有代码：

WebServer.py

import socket import threading import time def tcplink(sock, addr): print('Accept new connect 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) # 建立一个基于IPv4 TCP协议的Socket s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 监听端口 s.bind(('127.0.0.1', 9999)) # 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...') 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()

WebClient.py

import socket s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 创建链接: s.connect(('127.0.0.1', 9999)) # 接受欢迎消息: print(s.recv(1024).decode('utf-8')) for data in [b'Douzi', b'Chang', b'Qing']: # 发送数据:  s.send(data) print(s.recv(1024).decode('utf-8')) s.send(b'exit') s.close()