Day-17： 網絡編程

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　　現有的互聯網通信方式，是服務器端的進程與客戶端進程的通訊。Python中進行網絡編程，就是在Python程序自己這個進程內，鏈接別的服務器進程的通訊端口進行通訊。

　　互聯網協議上包含了上百種協議標準，可是，最重要的是兩個協議：TCP和IP協議。因此，互聯網協議簡稱TCP/IP協議。

　　通訊時必須知道雙方的標識，而一臺計算機可能同時接入多個網絡，就會有兩個或多個IP地址。因此，IP地址實際上對應的是計算機的網絡接口，一般是指網卡。

　　IP協議將數據分割成一小塊一小塊，而後經過IP包發送出去。特色：按塊發送，不保證能到達，也不保證能順序到達。

　　TCP協議，創建在IP協議上，負責將兩臺計算機之間創建可靠鏈接，保證數據包按順序到達。

特色：握手鍊接，對IP包編號，確保順序收到，若掉包，則自動重發。

　　一個IP包，包含傳輸數據，源IP地址和目標IP地址，源端口和目標端口。

　　IP是標識在網絡中的電腦的位置，而一臺電腦上會有多個網絡通訊進程，因此端口則是標識目標進程在該電腦上的位置。

• TCP編程

　　首先要理解socket表示「打開一個網絡連接」，而建立一個socket須要知道目標計算機中的ip，端口號，而後再指定所用的協議。

　　客戶端：主動發起連接的叫客戶端。

# 導入socket庫:
import socket
# 建立一個socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 創建鏈接:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

　　客戶端導入socket庫後首先建立socket網絡連接，socket.AF_INET指定使用IPv4協議，socket.AF_INET6指定使用IPv6協議。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協議。而後輸入所需的ip和端口號，進行連接，注：其中域名會自動轉換成ip。

　　這裏指的一提的是：網絡服務小於1024的端口號都是Internet標準服務的端口，有固定的用處，大於1024的則能夠任意使用。其中，80端口爲網頁服務端口，25爲SMTP服務端口，FTP服務爲21端口。

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

　　而後以HTTP格式發送數據，發起請求。

　　TCP協議只是創建了大體的雙向通道，而至於怎麼協調，得依據具體的協議來決定，如HTTP協議規定客戶端必須先發起請求，服務端才能返回數據。

# 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:
        break
data = ''.join(buffer)

　　接受數據時，調用recv(max)方法，指定一次最多接受的字節數，所以，在一個while循環中反覆接受，知道recv()返回空數據，表示接收完畢，退出循環。

# 關閉鏈接:
s.close()

　　最後，調用close()方法關閉Socket，一次完整的網絡通訊就結束了。

　　網絡通信結束後，就能夠對接受到的數據進行相應的處理了：

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)

　　將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，就獲得了新浪的首頁。

　　服務器：服務器端是提供服務的一方。首先，和客戶端同樣，創建一個socket：

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

　　客戶端接下來是設置要鏈接的端口和ip，因此，此時，服務器端要綁定端口和ip：

# 監聽端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

　　服務器肯能有多塊網卡，也就是多個ip。能夠只綁定到一塊網卡的ip地址上；也可使用0.0.0.0綁定到全部的網絡地址；還能夠用127.0.0.1綁定本機地址，此時，就有本機的客戶端才能鏈接。

　　接着，調用listen()方法開始監聽端口，傳入的參數指定最大的連接數量：

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

　　而後，服務器經過一個永久循環來接受客戶端的鏈接，accept()會等待並返回一個客戶端的鏈接：

while True:
    # 接受一個新鏈接:
    sock, addr = s.accept()
    # 建立新線程來處理TCP鏈接:
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

　　每一個鏈接必須建立一個新的線程（或進程）來處理，否則沒法同時應付多個客戶端。

　　而對於鏈接以後的處理是，服務器先發送一條歡迎消息，而後等待客戶端數據，並加上Hello再發送給客戶端。若是發送了exit字符串，就直接關閉鏈接。

　　相應的測試客戶端程序：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 創建鏈接:
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()

　　客戶端和服務端同時運行就能夠看到效果：

• UDP編程

　　TCP是創建可靠的鏈接，UDP則是面向無鏈接的協議。使用UDP時，只須要知道對方的IP地址和端口號，不須要創建穩定鏈接，就能夠直接發數據包。可是，能不能到達就不知道了。

　　它相比於TCP的特色是，速度快，可是不夠穩定可靠，適用於不過重要的鏈接。

　　與TCP相似，UDP分爲客戶端和服務端。服務器首先須要創建socket，而後綁定端口：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 綁定端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

　　其中，SOCK_DGRAM指定這個socket的類型是UDP。綁定端口與TCP同樣，可是不須要調用listen()方法，而是直接接收來自任何客戶端的數據：

print 'Bind UDP on 9999...'
while True:
    # 接收數據:
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print 'Received from %s:%s.' % addr
    s.sendto('Hello, %s!' % data, addr)

　　recvfrom()方法返回數據和客戶端的地址與端口。這樣，服務器接收到數據後，就能夠直接調用sendto()就能夠把數據用UDP發給客戶端。

　　而客戶端上，首先也是創建socket鏈接，可是不用創建穩定的鏈接，因此不要調用connet()，直接經過sendto()將數據傳給服務器。

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']:
    # 發送數據:
    s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))
    # 接收數據:
    print s.recv(1024)
s.close()

　　從服務器接收數據還是調用recv()方法。

　　效果如圖：

　　總的來講，UDP不須要創建穩定的鏈接，因此數據可能不能安全到達，可是速度快。另外，服務器中綁定的UDP端口與TCP端口互不衝突。

 注：本文爲學習廖雪峯Python入門整理後的筆記