Python3快速入門（十）——Python3網絡編程

Python3快速入門（十）——Python3網絡編程

一、socket模塊簡介

Python 提供了兩個級別訪問的網絡服務，低級別的網絡服務支持基本的 Socket，提供了標準的BSD Sockets API，可以訪問底層操作系統Socket接口的全部方法；高級別的網絡服務模塊 SocketServer， 提供了服務器中心類，可以簡化網絡服務器的開發。
socket不支持多并發，socketserver是對socket的再封裝，簡化網絡服務器版的開發。

二、socket模塊接口

1、socket類型

Python 中，用使用socket函數來創建套接字，語法格式如下：
sock = socket.socket([family[, type]])
family：
socket.AF_UNIX ：只能夠用于單一的Unix系統進程間通信
socket.AF_INET ：指定使用IPv4協議進行服務器間網絡通信
socket.AF_INET6：指定使用IPv6協議進行服務器間網絡通信
type：
socket.SOCK_STREAM：TCP流式連接
socket.SOCK_DGRAM：UDP數據報文
socket.SOCK_RAW：原始套接字，普通的套接字無法處理ICMP、IGMP等網絡報文，而SOCK_RAW可以；SOCK_RAW也可以處理特殊的IPv4報文；利用原始套接字，可以通過IP_HDRINCL套接字選項由用戶構造IP頭。
socket.SOCK_SEQPACKET：可靠的連續數據包服務

2、服務端接口

socket.bind( address )
綁定地址address 到套接字，address是一個元組（host，port），host代表主機，port代表端口號。
socket.listen(backlog)：開啟TCP監聽。backlog指定在拒絕連接前，操作系統可以掛起的最大連接數量，至少為1，大部分應用程序設為5。
connection, address = socket.accept()
被動接受TCP客戶端連接，(阻塞式)等待連接。調用accept()方法后，socket會進入waiting狀態。客戶請求連接時，accept()方法會建立連接并返回服務器。accept()返回一個含有兩個元素的元組(connection,address)。connection是新的socket對象，服務器必須通過connection與客戶通信； address是客戶端的Internet地址。

3、客戶端接口

socket.connect(address)：主動初始化TCP服務器連接，address為元組（hostname,port），如果連接出錯，返回socket.error錯誤。
socket.connect_ex()：connect()函數的擴展版本，出錯時返回出錯碼，而不是拋出異常。

4、公共接口

buf = socket.recv(size)
接收TCP數據。參數size指定接收數據的緩沖區的大小，返回接收的數據。
socket.send(buf)：發送TCP數據，將buf中的數據發送到連接的套接字。返回要發送的字節數量，可能小于buf的字節大小。
socket.sendall(buf)：發送TCP數據。將buf中的數據發送到連接的套接字，但在返回前會嘗試發送所有數據。成功返回None，失敗則拋出異常。
data,addr = socket.recvfrom(bufsize)：從套接字接收數據，但返回（data,address）。data是接收數據的緩沖區，address是發送數據的套接字地址。
socket.sendto(data, (addr, port))：將數據data發送到套接字，address是形式為（ipaddr，port）的元組，指定遠程地址。返回發送的字節數。
socket.close()：關閉套接字。
socket.getpeername()：返回連接套接字的遠程地址。返回值是元組（ipaddr,port）。
socket.getsocketname()：返回套接字自己的元組(ipaddr,port)
socket.setsockopt(level,optname,value)：設置給定套接字選項的值。
socket.getsockopt(level,optname[.buflen])：返回套接字選項的值。
socket.settimeout(timeout)：設置套接字操作的超時，timeout是一個浮點數，單位是秒。值為None表示沒有超時。一般，超時應該在剛創建套接字時設置，因為socket可能用于連接的操作（如connect()）。
socket.gettimeout()：返回當前超時的值，單位是秒，如果沒有設置超時，則返回None。
socket.fileno()：返回套接字的文件描述符。
socket.setblocking(flag)：如果flag為0，則將套接字設為非阻塞模式，否則將套接字設為阻塞模式（默認值）。非阻塞模式下，如果調用recv()沒有發現任何數據，或send()調用無法立即發送數據，那么將引起socket.error異常。
socket.makefile()：創建一個與套接字相關連的文件。

三、socket編程

1、TCP編程

大多數網絡通信連接都是可靠的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；連接成功后，通信雙方都能以流的形式發送數據。
在Python中用TCP協議進行Socket編程十分簡單，對于客戶端，要主動連接服務器的IP和指定端口，對于服務器，要首先監聽指定端口，然后，對每一個新的連接，創建一個線程或進程來處理。
使用 socket 模塊的?socket?函數來創建一個 socket 對象。socket 對象可以通過調用其它函數來設置一個 socket 服務。
TCP服務端與客戶端編程模型如下：

服務端編程模型如下：
1、調用socket函數創建一個TCP套接字，返回套接字sock。
2、調用bind將sock綁定到已知地址，通常為ip和port。
3、調用listen將sock設為監聽模式，準備接收來自各客戶端的連接請求。
4、調用accept等待接受客戶端連接請求。
5、如果接收到客戶端請求，則accept返回，得到新的連接套接字。
6、調用rev接收來自客戶端的數據，調用send向客戶端發送數據。
7、與客戶端通信結束，服務器端可以調用close。

sock = socket.socket(AF.INET,sock.SOCK_STREAM)

sock.bind((ip,port))
sock.listen(backlog)
while True:  # 不斷接收新連接
    conn,addr = sock.accept()  # 阻塞
    while True:  # 接收連接，多次通信
        print("new conn",addr)
        data = conn.recv(1024)  #官方建議最大8192
        conn.send(data.upper())
        # recv 默認是阻塞的
        if not data :
            break  # 客戶端一斷開，conn.recv接收的是空數據
# 只能同時服務一個連接
sock.close()

TCP服務端實例:

import socket
import threading
import time

# 處理客戶端，sock為socket，addr為客戶端地址
def tcp_server(sock, addr):
    print("Accept new connection from %s:%s" % addr)
    sock.send(b"What's your name?")
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if not data or data.decode("utf-8") == "disconnect":
            break
        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

if __name__ == "__main__":
    # 創建基于IPV4和TCP的socket
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 綁定地址到socket
    sock.bind(("127.0.0.1", 3288))
    # 設置最大連接數，并開始監聽
    sock.listen(10)
    print("TCP Server is running")
    print("Wait for new Connection")
    while True:
        # 接收TCP客戶端連接，阻塞等待連接
        sock_fd, addr = sock.accept()
        # 開啟新線程對TCP連接進行處理
        thread = threading.Thread(target=tcp_server, args=(sock_fd, addr))
        thread.start()

客戶端編程模型如下：
1、創建一個socket套接字。
2、調用connect()函數將套接字連接到服務器。
3、調用send()函數向服務器發送數據，調用recv()函數接收來自服務器的數據。
4、與服務器的通信結束后，客戶端程序可以調用close()函數關閉套接字。
TCP客戶端實例：

import socket

if __name__ == "__main__":
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.connect(("127.0.0.1", 3288))
    print(sock.recv(1024).decode("utf-8"))
    # 持續與服務器交互：
    while True:
        # 獲取用戶輸入：
        msg = input('Your input:')
        if not msg or msg == 'quit':
            break
        # 發送數據:
        sock.send(msg.encode('utf-8'))
        # 輸出服務器返回的消息
        print('From server：', sock.recv(1024).decode('utf-8'))

    # 發送斷開連接的指令
    sock.send(b'disconnect')
    # 套接字關閉
    sock.close()

2、UDP編程

UDP是面向無連接的協議。使用UDP協議時，不需要建立連接，只需要知道對方的ip和port，就可以直接發數據包，但數據包能否到達是無法確定的。
雖然用UDP傳輸數據不可靠，但優點是與TCP相比，速度快，對于不要求可靠到達的數據，可以使用UDP協議。
UDP服務端實例：

import socket

if __name__ == "__main__":
    # 創建基于IPV4和TCP的socket
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 綁定地址到socket
    sock.bind(("127.0.0.1", 3288))
    print("UDP Server is running")
    print("Wait for Message...")
    while True:
        # 接收數據,recvfrom()方法返回數據和客戶端的地址與端口
        data, addr = sock.recvfrom(1024)
        print("Received from %s:%s" % addr)
        sock.sendto(b"Hello, %s!" % data,addr)

UDP客戶端實例：

import socket

if __name__ == "__main__":
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    while True:
        msg = input("Your input:")
        if not msg or msg == 'quit':
            break
        sock.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 3288))
        # 輸出服務器返回的消息:
        print('From server：', sock.recv(1024).decode('utf-8'))
    sock.close()