用Python進行TCP網絡編程的教程

2019-11-25 17:36:34

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

Socket是網絡編程的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“打開了一個網絡鏈接”，而打開一個Socket需要知道目標計算機的IP地址和端口號，再指定協議類型即可。
客戶端

大多數連接都是可靠的TCP連接。創建TCP連接時，主動發起連接的叫客戶端，被動響應連接的叫服務器。

舉個例子，當我們在瀏覽器中訪問新浪時，我們自己的計算機就是客戶端，瀏覽器會主動向新浪的服務器發起連接。如果一切順利，新浪的服務器接受了我們的連接，一個TCP連接就建立起來的，后面的通信就是發送網頁內容了。

所以，我們要創建一個基于TCP連接的Socket，可以這樣做：

# 導入socket庫:import socket# 創建一個socket:s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 建立連接:s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

創建Socket時，AF_INET指定使用IPv4協議，如果要用更先進的IPv6，就指定為AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協議，這樣，一個Socket對象就創建成功，但是還沒有建立連接。

客戶端要主動發起TCP連接，必須知道服務器的IP地址和端口號。新浪網站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn自動轉換到IP地址，但是怎么知道新浪服務器的端口號呢？

答案是作為服務器，提供什么樣的服務，端口號就必須固定下來。由于我們想要訪問網頁，因此新浪提供網頁服務的服務器必須把端口號固定在80端口，因為80端口是Web服務的標準端口。其他服務都有對應的標準端口號，例如SMTP服務是25端口，FTP服務是21端口，等等。端口號小于1024的是Internet標準服務的端口，端口號大于1024的，可以任意使用。

因此，我們連接新浪服務器的代碼如下：

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

注意參數是一個tuple，包含地址和端口號。

建立TCP連接后，我們就可以向新浪服務器發送請求，要求返回首頁的內容：

# 發送數據:s.send('GET / HTTP/1.1/r/nHost: www.sina.com.cn/r/nConnection: close/r/n/r/n')

TCP連接創建的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發數據。但是誰先發誰后發，怎么協調，要根據具體的協議來決定。例如，HTTP協議規定客戶端必須先發請求給服務器，服務器收到后才發數據給客戶端。

發送的文本格式必須符合HTTP標準，如果格式沒問題，接下來就可以接收新浪服務器返回的數據了：

# 接收數據:buffer = []while True:  # 每次最多接收1k字節:  d = s.recv(1024)  if d:    buffer.append(d)  else:    breakdata = ''.join(buffer)

接收數據時，調用recv(max)方法，一次最多接收指定的字節數，因此，在一個while循環中反復接收，直到recv()返回空數據，表示接收完畢，退出循環。

當我們接收完數據后，調用close()方法關閉Socket，這樣，一次完整的網絡通信就結束了：

# 關閉連接:s.close()

接收到的數據包括HTTP頭和網頁本身，我們只需要把HTTP頭和網頁分離一下，把HTTP頭打印出來，網頁內容保存到文件：

header, html = data.split('/r/n/r/n', 1)print header# 把接收的數據寫入文件:with open('sina.html', 'wb') as f:  f.write(html)

現在，只需要在瀏覽器中打開這個sina.html文件，就可以看到新浪的首頁了。
服務器

和客戶端編程相比，服務器編程就要復雜一些。

服務器進程首先要綁定一個端口并監聽來自其他客戶端的連接。如果某個客戶端連接過來了，服務器就與該客戶端建立Socket連接，隨后的通信就靠這個Socket連接了。

所以，服務器會打開固定端口（比如80）監聽，每來一個客戶端連接，就創建該Socket連接。由于服務器會有大量來自客戶端的連接，所以，服務器要能夠區分一個Socket連接是和哪個客戶端綁定的。一個Socket依賴4項：服務器地址、服務器端口、客戶端地址、客戶端端口來唯一確定一個Socket。

但是服務器還需要同時響應多個客戶端的請求，所以，每個連接都需要一個新的進程或者新的線程來處理，否則，服務器一次就只能服務一個客戶端了。

我們來編寫一個簡單的服務器程序，它接收客戶端連接，把客戶端發過來的字符串加上Hello再發回去。

首先，創建一個基于IPv4和TCP協議的Socket：

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

然后，我們要綁定監聽的地址和端口。服務器可能有多塊網卡，可以綁定到某一塊網卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0綁定到所有的網絡地址，還可以用127.0.0.1綁定到本機地址。127.0.0.1是一個特殊的IP地址，表示本機地址，如果綁定到這個地址，客戶端必須同時在本機運行才能連接，也就是說，外部的計算機無法連接進來。

端口號需要預先指定。因為我們寫的這個服務不是標準服務，所以用9999這個端口號。請注意，小于1024的端口號必須要有管理員權限才能綁定：

# 監聽端口:s.bind(('127.0.0.1', 9999))

緊接著，調用listen()方法開始監聽端口，傳入的參數指定等待連接的最大數量：

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

接下來，服務器程序通過一個永久循環來接受來自客戶端的連接，accept()會等待并返回一個客戶端的連接:

while True:  # 接受一個新連接:  sock, addr = s.accept()  # 創建新線程來處理TCP連接:  t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))  t.start()

每個連接都必須創建新線程（或進程）來處理，否則，單線程在處理連接的過程中，無法接受其他客戶端的連接：

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

連接建立后，服務器首先發一條歡迎消息，然后等待客戶端數據，并加上Hello再發送給客戶端。如果客戶端發送了exit字符串，就直接關閉連接。

要測試這個服務器程序，我們還需要編寫一個客戶端程序：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 建立連接:s.connect(('127.0.0.1', 9999))# 接收歡迎消息:print s.recv(1024)for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:  # 發送數據:  s.send(data)  print s.recv(1024)s.send('exit')s.close()

我們需要打開兩個命令行窗口，一個運行服務器程序，另一個運行客戶端程序，就可以看到效果了：

2015429110549497.png (483×364)