「Python 基础」网络编程、电子邮件

1. 网络编程

网络通信就是两个进程之间的通信；

TCP/IP

• IP 地址 计算机的网络接口，通常是网卡，可有多个，是 32 位整数（IPv4），IPv6 是 128 位整数；

• IP 协议 负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机，数据被分割成小块，IP 包特点是速度快，途径多个路由，不保证到达，也不保证顺序；

• TCP 协议 在 IP 协议基础上，负责在两台计算机上建立起可靠连接，保证数据包顺序到达。对每个 IP 包编号，顺序发收，失败的自动重发；

• TCP 报文 传输的数据，源 IP、目标 IP、源端口号、目标端口号；

HTTP 协议、SMTP 协议都建立在 TCP 协议基础上；

一个进程可能与多个计算机建立连接，因此可能申请很多个端口；

TCP 编程

传输控制协议；

• Socket，通常是表示打开一个网络链接，需要知道目标计算机的 IP 地址、端口号，还有指定协议类型；

服务端

一个服务端 Socket 依赖 4 项确定唯一：服务器地址，服务器端口，客户端地址，客户端端口；

服务端接收的每个连接需要一个新进程/线程来处理，否则服务器一次只能服务一个客户端；

import socket, threading, time
# 创建一个 Socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定地址和端口
# 0.0.0.0 是广播地址，集所有网络地址
# 127.0.0.1 表示本机地址
s.bind(('localhost', 6666))
# 开始监听，5 是最大连接数
s.listen(5)
print('Waiting for connection...')

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
        print(f"receive, {data.decode('utf-8')}")
        sock.send(('hello, %s.' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    sock.close()
    print('connection from %s:%s closed.' % addr)

# 通过永久循环接收客户端连接
while True:
    # 接收并返回一个客户端连接
    sock, addr = s.accept()
    # 构造一个线程处理这个连接
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    # 启动线程
    t.start()

客户端

import socket
# AF_INET 表示 IPv4
# SOCK_STREAM 表示 TCP 协议
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# HTTP 协议规定客户端必须先发起请求，由服务端接收后再发送数据给客户端
# 端口 1024 以内为标准端口，如 SMTP 25，FTP 21
s.connect(('localhost', 6666))
# 接收指定长度的字节数据
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    s.send(data)
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.send(b'exit')
s.close()

用 TCP 协议进行 Socket 编程，客户端需要主动连接服务器 IP 和端口，服务端需要先监听指定端口，通常服务器程序会无限运行下去，同一个端口 Socket 绑定后，就不能被另一个 Socket 绑定（同协议类型）；

UDP 编程

用户数据报协议；

相对 TCP 的可靠连接，UDP 是面向无连接的协议，UDP 协议知道对方 IP 和端口就能发送数据包，但不能保证送达，速度快；

服务端

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# UDP 不需要listen()，直接接收
s.bind(('localhost', 6666))

print('bind udp on 6666...')

while True:
    # 返回数据和客户端IP、端口
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print('Received from %s:%s.' % addr)
    # 向客户端回发
    s.sendto(b'Hello, %s.' % data, addr)

客户端

import socket

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

for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 不需要 connect()
    s.sendto(data, ('localhost', 6666))
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()

服务器绑定相同的 UDP 端口和 TCP 端口不冲突

2. 电子邮件

发送邮件过程如下：

发件人 -> MUA -> MTA -> 若干 MTA -> MDA <- MUA <- 收件人

• MUA Mail User Agent，邮件用户代理

• MTA Mail Transfer Agent，邮件传输代理

• MDA Mail Delivery Agent，邮件投递代理

• 发送 编写邮件用 MUA 发到 MTA

• 收件 编写 MUA 从 MDA 收取邮件

• SMTP Simple Mail Transfer Protocol，负责 MUA -> MTA， MTA -> MTA

• POP3 Post Office Protocol v3，负责 MUA -> MDA

• IMAP Internet Message Access Protocol，负责 MUA -> MDA，可收取邮件和操作 MDA 上的邮件

使用邮件客户端需：

• 发送，配置 SMTP 服务器
• 收件，配置 POP3 或 IMAP 服务器

SMTP 发送邮件

email 模块用于构造邮件，smtplib 用于发送邮件；

from email.mime.text import MIMEText
from email.mime.multipart import MIMEMultipart
from email.mime.base import MIMEBase
from email import encoders
from email.header import Header
from email.utils import parseaddr, formataddr
import smtplib


def _format_addr(s):
    name, addr = parseaddr(s)
    return formataddr((Header(name, 'utf-8').encode(), addr))


# 输入Email地址和口令:
from_addr = '[email protected]'
# QQ 邮箱密码需换成短信授权码
password = input('password: ')
# 输入收件人地址:
to_addr = '[email protected]'
# 输入SMTP服务器地址:
smtp_server = 'smtp.office365.com'

# 邮件对象:
msg = MIMEMultipart('alternative')
msg['From'] = _format_addr('发件人 <%s>' % from_addr)
# 多个时以逗号分隔
msg['To'] = _format_addr('收件人 <%s>' % to_addr)
msg['Subject'] = Header('标题', 'utf-8').encode()

# msg = MIMEText(
#     '
Hello
' +
#     '
send by Python...
' +
#     '', 'html', 'utf-8')
msg.attach(MIMEText('hello, send by Python...', 'plain', 'utf-8'))
# 邮件正文是MIMEText:
# msg.attach(MIMEText('send with file...', 'plain', 'utf-8'))
msg.attach(
    MIMEText(
        '
Hello
',
        'html', 'utf-8'))

# 添加附件就是加上一个MIMEBase，从本地读取一个图片:
with open(r'D:\Users\Aurelius\Pictures\threefish.jpg', 'rb') as f:
    # 设置附件的MIME和文件名，这里是png类型:
    mime = MIMEBase('image', 'png', filename='threefish.jpg')
    # 加上必要的头信息:
    mime.add_header('Content-Disposition',
                    'attachment',
                    filename='threefish.jpg')
    mime.add_header('Content-ID', '<0>')
    mime.add_header('X-Attachment-Id', '0')
    # 把附件的内容读进来:
    mime.set_payload(f.read())
    # 用Base64编码:
    encoders.encode_base64(mime)
    # 添加到MIMEMultipart:
    msg.attach(mime)

# SMTP协议默认端口是 25
# SMTP 安全连接端口 587
server = smtplib.SMTP(smtp_server, 587)
# set_debuglevel(1) 可以打印 SMTP 服务器交互信息
server.set_debuglevel(1)
# 表示自己需要身份验证
server.ehlo()
# 创建 ssl 安全连接，SMTP encryption method STARTTLS
server.starttls()
server.login(from_addr, password)
# [to_addr] 可以指定发送多人
server.sendmail(from_addr, [to_addr], msg.as_string())
server.quit()

发送 HTML 邮件

内容正文换成HTML文本，plain换成html；

发送附件

可以看作包含若干部分的邮件，文本和若干附件用 MIMEMultipart 对象代表邮件本身，附加邮件正文（MIMEText）和附件（MIMEBase）；

图片嵌入

先把图片当作附件添加，再在 HTML 通过应用 src='cid:x' 把附件图片嵌入，避免直接在 HTML 邮件链接图片地址，外部链接会被大部分邮件服务商屏蔽；

同时支持 HTML 与 Plain

指定 MIMEMultipart 的 subtype 为 alternative，然后附加 HTML 和 Plain；

加密 SMTP

先创建ssl安全连接，再使用SMTP协议发送邮件；

email.mine

构建一个邮件对象就是构建一个Message，文本对象是MIMEText对象，MIMEImage对象是图片附件，MIMEMultipart对象是组合对象，MIMEBase是任何对象；

Message
<- MIMEBase
   <- MIMEMultipart
   <- MIMENonMultipart
      <- MIMEMessage
      <- MIMEText
      <- MIMEImage

POP3 收取邮件

poplib模块实现了POP协议，email模块用来解析原始邮件对象；

from email.parser import Parser
from email.header import decode_header
from email.utils import parseaddr
import poplib

# 输入邮件地址, 口令和POP3服务器地址:
email = '[email protected]'
password = input('Password: ')
pop3_server = 'outlook.office365.com'

# 连接到POP3服务器:
server = poplib.POP3(pop3_server)
# 可以打开或关闭调试信息:
server.set_debuglevel(1)
# 可选:打印POP3服务器的欢迎文字:
print(server.getwelcome().decode('utf-8'))

# 身份认证:
server.user(email)
server.pass_(password)

# stat()返回邮件数量和占用空间:
print('Messages: %s. Size: %s' % server.stat())
# list()返回所有邮件的编号:
resp, mails, octets = server.list()
# 可以查看返回的列表类似[b'1 82923', b'2 2184', ...]
print(mails)

# 获取最新一封邮件, 注意索引号从1开始:
index = len(mails)
resp, lines, octets = server.retr(index)

# lines存储了邮件的原始文本的每一行,
# 可以获得整个邮件的原始文本:
msg_content = b'\r\n'.join(lines).decode('utf-8')
# 稍后解析出邮件:
msg = Parser().parsestr(msg_content)

# 可以根据邮件索引号直接从服务器删除邮件:
# server.dele(index)
# 关闭连接:
server.quit()


# indent用于缩进显示:
def print_info(msg, indent=0):
    if indent == 0:
        for header in ['From', 'To', 'Subject']:
            value = msg.get(header, '')
            if value:
                if header == 'Subject':
                    value = decode_str(value)
                else:
                    hdr, addr = parseaddr(value)
                    name = decode_str(hdr)
                    value = u'%s <%s>' % (name, addr)
            print('%s%s: %s' % ('  ' * indent, header, value))
    if (msg.is_multipart()):
        parts = msg.get_payload()
        for n, part in enumerate(parts):
            print('%spart %s' % ('  ' * indent, n))
            print('%s--------------------' % ('  ' * indent))
            print_info(part, indent + 1)
    else:
        content_type = msg.get_content_type()
        if content_type == 'text/plain' or content_type == 'text/html':
            content = msg.get_payload(decode=True)
            charset = guess_charset(msg)
            if charset:
                content = content.decode(charset)
            print('%sText: %s' % ('  ' * indent, content + '...'))
        else:
            print('%sAttachment: %s' % ('  ' * indent, content_type))


def decode_str(s):
    value, charset = decode_header(s)[0]
    if charset:
        value = value.decode(charset)
    return value


def guess_charset(msg):
    charset = msg.get_charset()
    if charset is None:
        content_type = msg.get('Content-Type', '').lower()
        pos = content_type.find('charset=')
        if pos >= 0:
            charset = content_type[pos + 8:].strip()
    return charset

POP3 收取的 Message 对象可能是一个嵌套对象，所以解析要递归的进行；

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