Day-17：网络编程

2023-02-22 09:06:10

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　　现有的互联网通讯方式，是服务器端的进程与客户端进程的通信。Python中进行网络编程，就是在Python程序本身这个进程内，连接别的服务器进程的通信端口进行通信。

　　互联网协议上包含了上百种协议标准，但是，最重要的是两个协议：TCP和IP协议。所以，互联网协议简称TCP/IP协议。

　　通信时必须知道双方的标识，而一台计算机可能同时接入多个网络，就会有两个或多个IP地址。所以，IP地址实际上对应的是计算机的网络接口，通常是指网卡。

　　IP协议将数据分割成一小块一小块，然后通过IP包发送出去。特点：按块发送，不保证能到达，也不保证能顺序到达。

　　TCP协议，建立在IP协议上，负责将两台计算机之间建立可靠连接，保证数据包按顺序到达。

特点：握手连接，对IP包编号，确保顺序收到，若掉包，则自动重发。

　　一个IP包，包含传输数据，源IP地址和目标IP地址，源端口和目标端口。

　　IP是标识在网络中的电脑的位置，而一台电脑上会有多个网络通信进程，所以端口则是标识目标进程在该电脑上的位置。

TCP编程

　　首先要理解socket表示“打开一个网络链接”，而创建一个socket需要知道目标计算机中的ip，端口号，然后再指定所用的协议。

　　客户端：主动发起链接的叫客户端。

# 导入socket库:

import socket

# 创建一个socket:

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

# 建立连接:

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

　　客户端导入socket库后首先创建socket网络链接，socket.AF_INET指定使用IPv4协议，socket.AF_INET6指定使用IPv6协议。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议。然后输入所需的ip和端口号，进行链接，注：其中域名会自动转换成ip。

　　这里指的一提的是：网络服务小于1024的端口号都是Internet标准服务的端口，有固定的用处，大于1024的则可以任意使用。其中，80端口为网页服务端口，25为SMTP服务端口，FTP服务为21端口。

# 发送数据:

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

　　然后以HTTP格式发送数据，发起请求。

　　TCP协议只是建立了大致的双向通道，而至于怎么协调，得依据具体的协议来决定，如HTTP协议规定客户端必须先发起请求，服务端才能返回数据。

# 接收数据:

buffer = []

while True:

    # 每次最多接收1k字节:

    d = s.recv(1024)

    if d:

        buffer.append(d)

    else:

        break

data = ''.join(buffer)

　　接受数据时，调用recv(max)方法，指定一次最多接受的字节数，因此，在一个while循环中反复接受，知道recv()返回空数据，表示接收完毕，退出循环。

# 关闭连接:

s.close()

　　最后，调用close()方法关闭Socket，一次完整的网络通信就结束了。

　　网络通讯结束后，就可以对接受到的数据进行相应的处理了：

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

print header

# 把接收的数据写入文件:

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

    f.write(html)

　　将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，就得到了新浪的首页。

　　服务器：服务器端是提供服务的一方。首先，和客户端一样，建立一个socket：

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

　　客户端接下来是设置要连接的端口和ip，所以，此时，服务器端要绑定端口和ip：

# 监听端口:

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

　　服务器肯能有多块网卡，也就是多个ip。可以只绑定到一块网卡的ip地址上；也可以使用0.0.0.0绑定到所有的网络地址；还可以用127.0.0.1绑定本机地址，此时，就有本机的客户端才能连接。

　　接着，调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定最大的链接数量：

s.listen(5)

print 'Waiting for connection...'

　　然后，服务器通过一个永久循环来接受客户端的连接，accept()会等待并返回一个客户端的连接：

while True:

    # 接受一个新连接:

    sock, addr = s.accept()

    # 创建新线程来处理TCP连接:

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

    t.start()

　　每个连接必须创建一个新的线程（或进程）来处理，不然无法同时应付多个客户端。

　　而对于连接之后的处理是，服务器先发送一条欢迎消息，然后等待客户端数据，并加上Hello再发送给客户端。如果发送了exit字符串，就直接关闭连接。

　　相应的测试客户端程序：

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)

for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:

    # 发送数据:

    s.send(data)

    print s.recv(1024)

s.send('exit')

s.close()

　　客户端和服务端同时运行就可以看到效果：

UDP编程

　　TCP是建立可靠的连接，UDP则是面向无连接的协议。使用UDP时，只需要知道对方的IP地址和端口号，不需要建立稳定连接，就可以直接发数据包。但是，能不能到达就不知道了。

　　它相比于TCP的特点是，速度快，但是不够稳定可靠，适用于不太重要的连接。

　　与TCP类似，UDP分为客户端和服务端。服务器首先需要建立socket，然后绑定端口：

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

# 绑定端口:

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

　　其中，SOCK_DGRAM指定这个socket的类型是UDP。绑定端口与TCP一样，但是不需要调用listen()方法，而是直接接收来自任何客户端的数据：

print 'Bind UDP on 9999...'

while True:

    # 接收数据:

    data, addr = s.recvfrom(1024)

    print 'Received from %s:%s.' % addr

    s.sendto('Hello, %s!' % data, addr)

　　recvfrom()方法返回数据和客户端的地址与端口。这样，服务器接收到数据后，就可以直接调用sendto()就可以把数据用UDP发给客户端。

　　而客户端上，首先也是建立socket连接，但是不用建立稳定的连接，所以不要调用connet()，直接通过sendto()将数据传给服务器。

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

for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:

    # 发送数据:

    s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))

    # 接收数据:

    print s.recv(1024)

s.close()

　　从服务器接收数据仍是调用recv()方法。

　　效果如图：

　　总的来说，UDP不需要建立稳定的连接，所以数据可能不能安全到达，但是速度快。另外，服务器中绑定的UDP端口与TCP端口互不冲突。

注：本文为学习廖雪峰Python入门整理后的笔记

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