Python网络编程

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网络中的各种协议

1. IP协议：IP协议是重要的网络协议，对应了每台计算机的唯一标识：IP地址，实际上就是每台计算器链接网络的接口，通常是网卡。IP协议负责把数据从一台计算机通过网络传到另外一台计算机，数据被分割成小块，然后通过IP包（IP包包含数据、源IP地址和目标IP地址、源端口和目标端口），通过两台计算机之间连接的线路发送出去，但是IP协议并不保证数据准确到达，同时不保证顺序到达。

2. TCP协议：TCP协议建立在IP协议之上，将两台计算机通过握手，建立可靠的连接，并且对每个IP包编号，确保数据顺序可靠到达，如果发生丢包，则自动重发。在TCP协议的基础上，有更多高级的协议：HTTP、SMTP等常见协议。

3. UDP协议：UDP协议不需要建立可靠连接，直接发送包，但是不保证能够准确到达。UDP协议的优点就是速度快，在某一些不要求可靠达到的数据，可以使用UDP协议。

TCP客户端编程

建立网络连接的基础是创建一个socket，socket指定了目标计算机的IP地址和端口号，以及协议类型。

在客户端发起TCP连接，需要指定socket的协议为TCP/IP协议：

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

socket类在实例化时，接受4个参数：family=AF_INET，type=SOCK_STREAM，proto=0，_sock=None

第四个参数_sock是一个_realsocket 对象，如果指定了该对象，则会从该对象中继承family、type、photo属性，并且继承delegate方法：("recv", "recvfrom", "recv_into", "recvfrom_into","send", "sendto”)。 _realsocket类是c实现的，所以只能看到头文件_realsocket.py。

前三个参数依次为：地址协议、流协议、接口协议（？）

创建了socket对象之后，通过connet方法建立连接：

s.connet((‘www.baidu.com’),80)

connet方法要求传入一个地址，如果是IP类的socket，则需要传入一个元组，包含地址（会被dns解析）和端口

建立连接之后，就可以发送请求。TCP协议是双向连接的，双方都可以发送数据，但是具体发送的规则有更加高层的协议，如http协议决定（http协议规则：必须有客户端发送请求给服务器，服务器收到后才发数据给客户端）：

s.send('GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\nConnection: close\r\n\r\n')

如上发送一条HTTP 1.1协议请求，获取百度首页的内容，请求发送后，百度服务器就会响应请求，并且向我们发送首页的内容，通过recv方法接收服务器发来的信息，并且指定单次接收的最大字节数：

buffer = []
while True:
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = ''.join(buffer)

如上data中包含了从服务器中接收的全部数据，包括一个http头，和真正需要接收的网页本身，再发送请求时，我们以两个回车换行来分割http头和接收到的网页，所以将其从新分离即可得到百度首页的内容：

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

将其写到文件中：

with open('baidu.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

用浏览器打开baidu.html，即可看到百度首页的内容了

总脚本如下：

__author__ = 'liangzb'
import socket
s = socket.socket(family=2,type=socket.SOCK_STREAM)
print type(s.family)
s2 = socket.socket(_sock=s)
print s2.family
s.connect(('www.baidu.com',80))
s.send('GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\nConnection: close\r\n\r\n')
buffer = []
while True:
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        breakdata = ''.join(buffer)
s.close()
# print data
header, html = data.split('\r\n\r\n', 1)
# print header
with open('baidu.html', 'w') as f:
    f.write(html)

TCP服务端编程

服务器和客户端的区别就是服务器需要接受来自不同客户端的请求，并且分别作出响应，为了实现该过程，需要先建立一个绑定，绑定服务器的ip地址和端口：

s.bind(('127.0.0.1', 9999))

之后，调用listen方法监听来自该端口消息，传入参数指定最大等待连接的数量：

listen(max_connection)

接下来，服务器应该保持运行状态，启用一个死循环来接收来自客户端的连接，accept方法可以接收来自客户端的连接，并且返回客户端的socket对象和地址。需要注意的是，对于每一个请求，都应该新开一条线程或者进程(win下只能开线程)来处理：

while True:
    sock, addr = s.accept()
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

编写处理函数来响应请求：

def tcplink(sock, addr):
    print 'Accept new connection from %s:%s...' % addr
    sock.send('Welcome!')
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if data == 'exit' or not data:
            break
        sock.send('Hello, %s!' % data)
    sock.close()
    print 'Connection from %s:%s closed.' % addr

服务端总脚本如下：

__author__ = 'liangzb'
import threading
import socket
import time

def tcplink(sock, addr):
    print 'Accept new connection from %s:%s...' % addr
    sock.send('Welcome!')
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if data == 'exit' or not data:
            break
        sock.send('Hello, %s!' % data)
    sock.close()
    print 'Connection from %s:%s closed.' % addr

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
s.listen(5)
print 'Waiting for connection...'

while True:
    sock, addr = s.accept()
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

可以通过另外一个客户端给该服务端发送消息来测试，注意，这里绑定的ip地址是127.0.0.1，是本地地址，只能是本机访问

客户端程序参考：

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
print s.recv(1024)
for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:
    s.send(data)
    print s.recv(1024)
s.send('exit')
s.close()

源代码来自：http://www.liaoxuefeng.com/ ，thanks to liaoxuefeng for share

运行效果：

UDP编程

协议是不确定连接可靠性的，socket流协议应该设置为：SOCK_DGRAM：

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

由于UDP协议的特征，UDP的服务端在建立连接时，不需要调用listen方法，而是直接对接收到的请求作出回应，而客户端的信息，则又recvfrom方法返回的元组得到。在发送消息时，也只需要通过sendto方法，将客户端的地址作为第二个参数传入。

而在UDP协议的客户端，同样不需要先经过连接，而是直接将准备好的请求发送到某一个地址，利用sendto方法，将服务端的地址作为第二个参数传入，其他接收方式则和TCP相同。