Python 14.2 TCP编程

TCP编程

Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用Socket表示“打开一个网络链接”，而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。

客户端

大多数连接都是可靠的TCP连接。创建TCP连接时，主动发起连接申请的一方叫做客户端。被动响应的一端叫做服务器。

我们要创建一个基于TCP连接的Socket，可以这样做:
import socket

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

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

创建Socket时，AF_INET指定使用IPv4协议，如果要使用IPv6，则指定AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议，这样一个Socket对象就创建成功了。但是还没有连接。

客户端要主动发起TCP连接，必须知道服务器IP和端口号。新浪网的IP地址可以由域名:www.sina.com自动转换，但是怎么知道新浪网的端口号是多少呢？

答案是作为服务器，提供怎样的服务，端口号就必须固定下来。由于我们想要访问网页，新浪网提供网页的服务器端口号必须是80，因为80端口是Web服务的标准端口。其他服务都有对应的端口号。例如，SMTP服务是25端口，FTP是21端口。等等。端口号小于1024的是标准Internet服务端口号，端口号大于1024的可以随意使用。

因此，我们连接新浪网的服务器代码如下:

s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

注意，参数是一个tuple，包含地址和端口号。

建议TCP连接后，我们就可以向新浪服务器发送请求，要求返回首页的内容:

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

TCP连接创建的是双向通道，双方可以同时给对方发送数据。但是谁先发谁后发，怎样协调需要根据具体协议来决定。例如，HTTP协议要求客户端必须先发送给服务器，服务器收到后才发送数据给客户端。

发送的文本格式必须符合HTTP标准，如果格式没问题，接下来就可以接收新浪服务器的返回数据了:
#接收数据:
buffer =[]

while True:

    #每次最多接收1k字节:
    d =secv(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，因此，在一个while循环中反复接收。知道recv()返回空数据。表示接收完毕。退出循环。当我们接收完毕数据后，调用close()方法关闭Socket，这样，一次完整的网络通信就结束了。

#关闭连接

s.close()

接收到的数据包含HTTP头和网页本身，我们只需要把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'))

#把接收的文件写入文件:
with open('sina.html','wb') as f:

    f.write(html)

现在只要在浏览器中打开这个sina.html就可以看到新浪首页了。

服务器

和客户端编程比较，服务器端编程更复杂一些。服务器进程首先要绑定一个端口监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来，服务器就与该客户端建议Socket连接，随后的通信就靠这个Socket连接了。

所以，服务器会打开固定的端口(比如80)监听，每来一个客户端连接，就创建Socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接，所以，服务器要能区分一个Socket是和哪个客户端绑定的。一个Socket依赖4项:服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个Socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端请求，所以，每个连接都需要一个新的进程或者新的线程处理，否则服务器每次就只能服务一个客户端了。

我们来 编写一个简单的服务器程序，它接收客户端连接，把客户端发送过来的字符串加上“Hello”再发送回去。

首先，创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket:
s =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

然后我们绑定监听的地址和端口。服务器可能有多块网卡，可以绑定到某一块网卡的IP地址上。也可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址上。还可以使用127.0.0.1绑定到本机地址。127.0.0.1是本地回环地址，若绑定此地址，客户端必须在本地才能连接，也就是外部的计算机无法连接进来。

端口号需要预先指定，因为我们写的这个服务不是标准服务，所以用9999这个端口号。请注意，小于1024的端口号必须由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连接的最大数量:
s.listen(5)

print('Waiting for connection...')

接下来，服务器程序通过一个永久循环来接收客户端连接，accept()函数会等待并返回一个客户端连接:

while True:
    #接受一个新的连接：

    sock,addr =s.accept()

    #创建新线程处理TCP连接:
    t =threading.Thread(target =tcplink ,args =(sock,addr))
    t.start()

每个连接必须创建新线程（进程）来处理，否则，单线程在处理连接的过程中，无法接受其他客户端的连接:

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)

连接建立后，服务器首先发送一条欢迎消息，然后等待客户端数据，并加上Hello再返回给客户端。如果客户端发送exit字符串，就直接关闭连接。

要测试这个服务器程序，需要编写一个客户端程序:

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 建立连接:
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()

我们需要打开两个命令行端口，一个运行服务器程序，一个运行客户端程序，就可以看到效果了:
windows上server的源码:

import socket,threading,time

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

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

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

sock.send(('Hello, %s !' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))

sock.close()

print ('Connection from %s : %s closed.' % addr)

while True:

sock,addr =s.accept()

t =threading.Thread(target =tcplink,args =(sock,addr))

t.start()

client的源码:

import socket

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

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

print (s.recv(1024).decode('utf-8'))

for data in [b'Michael',b'Tracy',b'Bob']:

   s.send(data)

   print (s.recv(1024).decode('utf-8'))

s.send(b'exit')

s.close()

需要注意的是，客户端程序运行完就退出，而服务器 程序永远运行下去，需按ctrl+c退出。

小结:
使用TCP协议进行Socket编程在Python中十分简单，对于客户端，要主动连接服务器的IP和端口，对于服务器，首先要监听指定端口，然后对每一个新的连接，创建一个线程或者进程。通常服务器程序会无限运行下去。

同一个端口被一个Socket绑定之后，就不能被其他Socket绑定了。