Python網絡_TCP/IP簡介

本章將介紹tcp網絡編程，更多內容請參考:Python學習指南

Socket是網絡編程的一個抽象概念，一般咱們用一個Socket表示"打開了一個網絡鏈接",而打開一個Socket須要知道目標計算機的IP地址和端口號，再指定協議類型便可。

客戶端

大多數鏈接都是可靠的TCP鏈接。建立TCP鏈接時，主動發起鏈接的叫客戶端，被動響應鏈接的叫服務器。

舉個例子，當咱們在瀏覽器中訪問新浪時，咱們本身的計算機就是客戶端，瀏覽器會主動向新浪的服務器發送鏈接。若是一切順利，新浪的服務器接受了咱們的鏈接，一個TCP鏈接就創建起來的，後面的通訊就是發送網頁內容了。

因此，咱們要建立一個基於TCP鏈接的Socket,能夠這樣作：

#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))

建立Socket時，AF_INET指定使用IPv4協議，若是要用更先進的IPv6，就指定爲AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協議，這樣，一個Socket對象就建立成功，可是尚未創建鏈接。

客戶端要主動發起TCP鏈接，必須知道服務器的IP地址和端口號。新浪網站的IP地址能夠用域名www.sina.com.cn自動轉換到IP地址，可是怎麼知道新浪服務器的端口號呢？

答案是做爲服務器，提供什麼樣的服務，端口號就必須固定下來，因爲咱們想要訪問網頁，所以新浪提供網頁服務的服務器就必須把端口號固定在80端口，由於80端口是Web服務的標準端口。其它服務都有對應的標準端口號，例如SMTP服務是25端口號，FTP服務是21端口，等等。端口號小於1024的是Internet標準服務的端口，端口號大於1024的，能夠任意使用。

所以，咱們鏈接新浪服務器的代碼以下：

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

注意參數是一個tuple，包含地址和端口號。

創建TCP鏈接後，咱們就能夠向新浪服務器發送請求，須要返回首頁的內容：

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

TCP鏈接建立的是雙向通道，雙方均可以同時給對方發送數據。可是誰先發誰後方，怎麼協調，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送請求給服務器，服務器收到後才發送數據給客戶端。

發送的文本格式必須符合HTTP標準，若是格式沒有問題，接下來就能夠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1KB字節
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break

data = b''.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，所以，在一個while循環中反覆接收，知道recv()返回空數據，表示接收完畢，退出循環。

當咱們接受完數據後，調用close()方法關閉Socket，這樣，一次完整的網絡通訊就結束了：

#關閉鏈接：
s.close()

接收到的數據包括HTTP頭和網頁自己，咱們只須要把HTTP頭和網頁分離一下，把HTTP頭打印出來，網頁保存到文件中

header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
#把接收到的數據寫入文件：  
with open('sina.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

如今，只須要把瀏覽器中打開這個sina.html文件，就能夠看到新浪的首頁了。

服務器

和客戶端編程相比，服務器編程要複雜一些。
服務器進程首先要綁定一個端口並監聽來自其餘客戶端的鏈接。若是這個客戶端鏈接過來了，服務器就與該客戶端創建Socket鏈接，隨後的通訊就靠這個Socket鏈接了。

因此，服務器會打開這個固定端口(好比80)監聽，每來一個客戶端鏈接，就建立該Socket鏈接，因爲服務器會有大量來自客戶端的鏈接，因此，服務器要可以區分一個Socket鏈接是和哪一個客戶端綁定的。一個Socket依賴4項：服務器地址、服務器端口、客戶端地址、客戶端端口來惟一肯定一個Socket。

可是服務器還須要同時響應多個客戶端的請求，因此，每一個鏈接都須要一個新的進程或者新的線程來處理，不然，服務器一次就只能服務一個客戶端了。

咱們來寫一個簡單的服務端程序，它接收客戶端鏈接，把客戶端發過來的字符串加上Hello再發回去。
首先，建立一個基於IPV4和TCP協議的Socket：

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

而後，咱們要綁定監聽的地址和端口。服務器可能有多塊網卡，能夠綁定到某一塊網卡的IP地址上，也能夠用0.0.0.0綁定到全部的網絡地址，還能夠用127.0.0.1綁定到本機地址上，127.0.0.1是一個特殊的IP地址，表示本機地址，若是幫到這個地址，客戶端必須同時運行才能鏈接，也就是說，外部的計算機沒法鏈接進來。

端口號須要預先指定。由於咱們寫的這個服務不是標準，因此用9999這個端口號，請注意，小於1024的端口號必需要有管理員權限才能綁定:

#監聽端口
s.bind('127.0.0.1', 9999)

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

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

接下來，服務器程序會經過一個永久循環來接受來自客戶端的鏈接，accetp()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()

每一個鏈接都必須建立新線程(或進程)來處理，不然，但現場在處理鏈接的過程當中，沒法接受其餘客戶端的鏈接：

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

鏈接創建後，服務器首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。若是客戶端發送了exit字符串，就直接關閉。

要測試這個服務器程序，咱們還須要編寫一個客戶端程序：

s = socket.socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
#創建鏈接
s.connect('127.0.0.1', 9999)
#接收歡迎消息
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Chenqi']:
    #發送數據
    s.send(data)
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

s.send(b'exit')
s.close()

咱們須要打開兩個命令窗口，一個運行服務器程序，另外一個運行客戶端程序，就能夠看到效果了：

須要注意的是，客戶端程序運行完畢就退出了，而服務器程序會永遠運行下去。

小結

用TCP協議進行Socket編程在Python中十分簡單，對於客戶端，更主動鏈接服務器的IP和指定端口，對於服務器，要首先監聽指定端口，而後，對每個新的鏈接，建立一個線程或進程來處理。一般，服務器程序會無限運行下去。

同一個端口，被一個Socket綁定了之後，就不能被別的Socket綁定了。