python-網絡編程
一：socket和套接字
1.1.什麼是socket
socket 的原意是「插座」，在計算機通訊領域，socket 被翻譯爲「套接字」，它是計算機之間進行通訊的一種約定或一種方式。經過 socket 這種約定，一臺計算機能夠接收其餘計算機的數據，也能夠向其餘計算機發送數據。python
1.2.套接字分類
這個世界上有不少種套接字（socket），好比 DARPA Internet 地址（Internet 套接字）、本地節點的路徑名（Unix套接字）、CCITT X.25地址（X.25 套接字）等。react
1.3.Internet 套接分類
Internet 套接字分紅兩種類型：編程
流格式套接字（Stream Sockets）也叫「面向鏈接的套接字」，在代碼中使用 SOCK_STREAM 表示。數組
數據報格式套接字（Datagram Sockets）也叫「無鏈接的套接字」，在代碼中使用 SOCK_DGRAM 表示。安全
1.4.無鏈接套接字
數據報格式套接字（Datagram Sockets）也叫「無鏈接的套接字」，在代碼中使用 SOCK_DGRAM 表示。
計算機只管傳輸數據，不做數據校驗，若是數據在傳輸中損壞，或者沒有到達另外一臺計算機，是沒有辦法補救的。也就是說，數據錯了就錯了，沒法重傳。
由於數據報套接字所作的校驗工做少，因此在傳輸效率方面比流格式套接字要高。
能夠將 SOCK_DGRAM 比喻成高速移動的摩托車快遞，它有如下特徵：服務器
- 強調快速傳輸而非傳輸順序；
- 傳輸的數據可能丟失也可能損毀；
- 限制每次傳輸的數據大小；
- 數據的發送和接收是同步的（有的教程也稱「存在數據邊界」）。
- 衆所周知，速度是快遞行業的生命。用摩托車發往同一地點的兩件包裹無需保證順序，只要以最快的速度交給客戶就行。這種方式存在損壞或丟失的風險，並且包裹大小有必定限制。所以，想要傳遞大量包裹，就得分配發送。
另外，用兩輛摩托車分別發送兩件包裹，那麼接收者也須要分兩次接收，因此「數據的發送和接收是同步的」；換句話說，接收次數應該和發送次數相同。
總之，數據報套接字是一種不可靠的、不按順序傳遞的、以追求速度爲目的的套接字。
數據報套接字也使用 IP 協議做路由，可是它不使用 TCP 協議，而是使用 UDP 協議（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）。
QQ 視頻聊天和語音聊天就使用 SOCK_DGRAM 來傳輸數據，由於首先要保證通訊的效率，儘可能減少延遲，而數據的正確性是次要的，即便丟失很小的一部分數據，視頻和音頻也能夠正常解析，最多出現噪點或雜音，不會對通訊質量有實質的影響。
1.5.有鏈接套接字
SOCK_STREAM 是一種可靠的、雙向的通訊數據流，數據能夠準確無誤地到達另外一臺計算機，若是損壞或丟失，能夠從新發送。網絡
SOCK_STREAM 有如下幾個特徵：框架
- 數據在傳輸過程當中不會消失；
- 數據是按照順序傳輸的；
- 數據的發送和接收不是同步的（有的教程也稱「不存在數據邊界」）。
爲何流格式套接字能夠達到高質量的數據傳輸呢？這是由於它使用了 TCP 協議（The Transmission Control Protocol，傳輸控制協議），TCP 協議會控制你的數據按照順序到達而且沒有錯誤。異步
你也許見過 TCP，是由於你常常據說「TCP/IP」。TCP 用來確保數據的正確性，IP（Internet Protocol，網絡協議）用來控制數據如何從源頭到達目的地，也就是常說的「路由」。socket
能夠將 SOCK_STREAM 比喻成一條傳送帶，只要傳送帶自己沒有問題（不會斷網），就能保證數據不丟失；同時，較晚傳送的數據不會先到達，較早傳送的數據不會晚到達，這就保證了數據是按照順序傳遞的。
那麼，「數據的發送和接收不一樣步」該如何理解呢？
假設傳送帶傳送的是水果，接收者須要湊齊 100 個後才能裝袋，可是傳送帶可能把這 100 個水果分批傳送，好比第一批傳送 20 個，第二批傳送 50 個，第三批傳送 30 個。接收者不須要和傳送帶保持同步，只要根據本身的節奏來裝袋便可，不用管傳送帶傳送了幾批，也不用每到一批就裝袋一次，能夠等到湊夠了 100 個水果再裝袋。
流格式套接字的內部有一個緩衝區（也就是字符數組），經過 socket 傳輸的數據將保存到這個緩衝區。接收端在收到數據後並不必定當即讀取，只要數據不超過緩衝區的容量，接收端有可能在緩衝區被填滿之後一次性地讀取，也可能分紅好幾回讀取。
也就是說，無論數據分幾回傳送過來，接收端只須要根據本身的要求讀取，不用非得在數據到達時當即讀取。傳送端有本身的節奏，接收端也有本身的節奏，它們是不一致的。
面向鏈接的套接字通訊工做流程
（1）服務器先用socket函數來創建一個套接字，用這個套接字完成通訊的監聽
（2）用bind函數來綁定一個端口號和IP地址。由於本地計算機可能有多個IP，每個IP有多個端口號，須要指定一個IP和端口進行監聽
（3）服務器調用listen函數，使服務器的這個端口和IP出於監聽狀態，等待客戶機的鏈接
（4）客戶機用socket創建一個套接字
（5）客戶機調用connect函數，經過遠程IP和端口號鏈接遠程計算機指定的端口
（6）服務器用accept函數來接收遠程計算機的鏈接，創建起與客戶端之間的通訊
（7）創建鏈接之後，客戶機用write函數向socket中寫入數據。也可用read函數讀取服務器發送來的數據
（8）服務器用read函數讀取客戶機發送來的數據，也可用write函數發送數據
（9）完成通訊之後，用close函數關閉socket鏈接
二：python中的網絡編程
2.1.socket（）模塊函數
要建立套接字，必須使用socket.socket()函數。
form socket import * tcpsock = socket(AF_INTE, SOCK_STREMA)
2.2.套接字對象（內置）方法
常見的套接字對象方法和屬性
| 名 稱 |
描 述 |
| 服務器套接字方法 |
|
| s.bind() |
將地址（主機名、端口號對）綁定到套接字上 |
| s.listen() |
設置並啓動 TCP 監聽器 |
| s.accept() |
被動接受 TCP 客戶端鏈接，一直等待直到鏈接到達（阻塞） |
| 客戶端套接字方法 |
|
| s.connect() |
主動發起 TCP 服務器鏈接 |
| s.connect_ex() |
connect()的擴展版本，此時會以錯誤碼的形式返回問題，而不是拋出一個異常 |
| 普通的套接字方法 |
|
| s.recv() |
接收 TCP 消息 |
| s.recv_into()① |
接收 TCP 消息到指定的緩衝區 |
| s.send() |
發送 TCP 消息 |
| s.sendall() |
完整地發送 TCP 消息 |
| s.recvfrom() |
接收 UDP 消息 |
| s.recvfrom_into()① |
接收 UDP 消息到指定的緩衝區 |
| s.sendto() |
發送 UDP 消息 |
| s.getpeername() |
鏈接到套接字（TCP）的遠程地址 |
| s.getsockname() |
當前套接字的地址 |
| s.getsockopt() |
返回給定套接字選項的值 |
| s.setsockopt() |
設置給定套接字選項的值 |
| s.shutdown() |
關閉鏈接 |
| s.close() |
關閉套接字 |
| s.detach()② |
在未關閉文件描述符的狀況下關閉套接字，返回文件描述符 |
| s.ioctl()③ |
控制套接字的模式（僅支持 Windows） |
| 面向阻塞的套接字方法 |
|
| s.setblocking() |
設置套接字的阻塞或非阻塞模式 |
| s.settimeout()④ |
設置阻塞套接字操做的超時時間 |
| s.gettimeout()④ |
獲取阻塞套接字操做的超時時間 |
| 面向文件的套接字方法 |
|
| s.fileno() |
套接字的文件描述符 |
| s.makefile() |
建立與套接字關聯的文件對象 |
| 數據屬性 |
|
| s.family① |
套接字家族 |
| s.type① |
套接字類型 |
| s.proto① |
套接字協議 |
2.3執行TCP服務器和客戶端
服務器：
#!/use/bin/env python
from socket import *
import time
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
tcpSerSock = socket(AF_INET)
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.listen(5)
while True:
print 'waiting to connection...'
tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept()
print '....connected from:',addr
while True:
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
if not data:
break
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
tcpCliSock.send('[%s] %s' % (lotime, data))
tcpCliSock.close()
tcpSerSock.close()
客戶端：
#!/use/bin/env python
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
tcpCliSock = socket(AF_INET)
tcpCliSock.connect(ADDR)
while True:
data = raw_input('> ')
if not data:
break
tcpCliSock.send(data)
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
if not data:
break
print data
tcpCliSock.close()
2.4.UDP服務器和客戶端
服務器：
#!/use/bin/env python
from socket import *
import time
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
udpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
udpSerSock.bind(ADDR)
while True:
print('waittinng for meaasge...')
data, addr = udpSerSock.recvfrom(BUFSIZE)
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
udpSerSock.sendto(b'[%s] %s' %(lotime, data), addr)
print('...received from and returned to: ', addr)
udpSerSock.close()
客戶端：
#!/use/bin/env python
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
udpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
while True:
data = raw_input('> ')
if not data:
break
udpCliSock.sendto(data, ADDR)
data, addr = udpCliSock.recvfrom(BUFSIZE)
if not data:
break
print(data.decode('utf-8'))
udpCliSock.close()
2.5.socket模塊屬性
除了屬性的socket.socket()函數外，socket()模塊還提供下面常見屬性：
socket 模塊屬性
| 屬 性 名 稱 |
描 述 |
| 數據屬性 |
|
| AF_UNIX、AF_INET、AF_INET6①、AF_NETLINK②、AF_TIPC③ |
Python 中支持的套接字地址家族 |
| SO_STREAM、SO_DGRAM |
套接字類型（TCP=流，UDP=數據報） |
| has_ipv6④ |
指示是否支持 IPv6 的布爾標記 |
| 異常 |
|
| error |
套接字相關錯誤 |
| herror① |
主機和地址相關錯誤 |
| gaierror① |
地址相關錯誤 |
| timeout |
超時時間 |
| 函數 |
|
| socket() |
以給定的地址家族、套接字類型和協議類型（可選）建立一個套接字對象 |
| socketpair()⑤ |
以給定的地址家族、套接字類型和協議類型（可選）建立一對套接字對象 |
| create_connection() |
常規函數，它接收一個地址（主機名，端口號）對，返回套接字對象 |
| fromfd() |
以一個打開的文件描述符建立一個套接字對象 |
| ssl() |
經過套接字啓動一個安全套接字層鏈接；不執行證書驗證 |
| getaddrinfo()① |
獲取一個五元組序列形式的地址信息 |
| getnameinfo() |
給定一個套接字地址，返回（主機名，端口號）二元組 |
| getfqdn()⑥ |
返回完整的域名 |
| gethostname() |
返回當前主機名 |
| gethostbyname() |
將一個主機名映射到它的 IP 地址 |
| gethostbyname_ex() |
gethostbyname()的擴展版本，它返回主機名、別名主機集合和 IP 地址列表 |
| gethostbyaddr() |
將一個 IP 地址映射到 DNS 信息；返回與 gethostbyname_ex()相同的 3 元組 |
| getprotobyname() |
將一個協議名（如‘tcp’）映射到一個數字 |
| getservbyname()/getservbyport() |
將一個服務名映射到一個端口號，或者反過來；對於任何一個函數來講，協議名都是可選的 |
| ntohl()/ntohs() |
未來自網絡的整數轉換爲主機字節順序 |
| htonl()/htons() |
未來自主機的整數轉換爲網絡字節順序 |
| inet_aton()/inet_ntoa() |
將 IP 地址八進制字符串轉換成 32 位的包格式，或者反過來（僅用於 IPv4 地址） |
| inet_pton()/inet_ntop() |
將IP 地址字符串轉換成打包的二進制格式，或者反過來（同時適用於 IPv4 和IPv6 地址） |
| getdefaulttimeout()/setdefaulttimeout() |
以秒（浮點數）爲單位返回默認套接字超時時間；以秒（浮點數）爲單位設置默認套接字超時時間 |
2.6.socketServer模塊
雖然說用Python編寫簡單的網絡程序很方便，但複雜一點的網絡程序仍是用現成的框架比較 好。這樣就能夠專心事務邏輯，而不是套接字的各類細節。SocketServer模塊簡化了編寫網絡服務程序的任務。同時SocketServer模塊也 是Python標準庫中不少服務器框架的基礎。
socketserver在python2中爲SocketServer,在python3種取消了首字母大寫，更名爲socketserver。
socketserver中包含了兩種類，一種爲服務類（server class），一種爲請求處理類（request handle class）。前者提供了許多方法：像綁定，監聽，運行…… （也就是創建鏈接的過程） 後者則專一於如何處理用戶所發送的數據（也就是事務邏輯）。
**通常狀況下，全部的服務，都是先創建鏈接，也就是創建一個服務類的實例，而後開始處理用戶請求，也就是創建一個請求處理類的實例。
SocketServer 模塊類
| 類 |
描 述 |
| BaseServer |
包含核心服務器功能和mix-in 類的鉤子；僅用於推導，這樣不會建立這個類的實例；能夠用 TCPServer 或 UDPServer 建立類的實例 |
| TCPServer/UDPServer |
基礎的網絡同步 TCP/UDP 服務器 |
| UnixStreamServer/UnixDatagramServer |
基於文件的基礎同步 TCP/UDP 服務器 |
| ForkingMixIn/ThreadingMixIn |
核心派出或線程功能；只用做 mix-in 類與一個服務器類配合實現一些異步性；不能直接實例化這個類 |
| ForkingTCPServer/ForkingUDPServer |
ForkingMixIn 和 TCPServer/UDPServer 的組合 |
| ThreadingTCPServer/ThreadingUDPServer |
ThreadingMixIn 和 TCPServer/UDPServer 的組合 |
| BaseRequestHandler |
包含處理服務請求的核心功能；僅僅用於推導，這樣沒法建立這個類的實例； 可使用StreamRequestHandler 或 DatagramRequestHandler 建立類的實例 |
| StreamRequestHandler/DatagramRequestHandler |
實現 TCP/UDP 服務器的服務處理器 |
服務端：
#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from SocketServer import (TCPServer as TCP, StreamRequestHandler as SRH)
import time
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
#重寫SocketServer的子類StreamRequestHandler的handle方法，該方法默認沒有任何行爲
class MyRequestHandler(SRH):
def handle(self):
print '...connected from:', self.client_address
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
#readline()來獲取客戶端消息，write()將字符串發回客戶端
self.wfile.write('[%s] %s' % (lotime, self.rfile.readline()))
#建立TCP服務器，並沒有限循環的等待客戶端請求
tcpServ = TCP(ADDR, MyRequestHandler)
print 'waiting for conntion....'
tcpServ.serve_forever()
客戶端：
#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
while True:
tcpCliSock = socket(AF_INET)
tcpCliSock.connect(ADDR)
data = raw_input('> ')
if not data:
break
tcpCliSock.send('%s\r\n' % data)
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
if not data:
break
print data.strip()
tcpCliSock.close()
2.7.Twisted框架
twisted是一個用python語言寫的事件驅動的網絡框架，他支持不少種協議，包括UDP,TCP,TLS和其餘應用層協議，好比HTTP，SMTP，NNTM，IRC，XMPP/Jabber。 很是好的一點是twisted實現和不少應用層的協議，開發人員能夠直接只用這些協議的實現。其實要修改Twisted的SSH服務器端實現很是簡單。不少時候，開發人員須要實現protocol類。
一個Twisted程序由reactor發起的主循環和一些回調函數組成。當事件發生了，好比一個client鏈接到了server，這時候服務器端的事件會被觸發執行。
安裝方法：
進入連接https://pypi.org/simple/twisted/下載安裝包進行安裝。
方法二：
sudo apt-get install python-setuptools sudo apt-get install python-dev sudo easy_install twisted
服務端：#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*- from twisted.internet import protocol, reactor import time PORT = 21567
#得到protocol類併爲時間戳服務器調用TSServProtocol，而後重寫了connetctionMade()和dataReceived()方法
class TSServProtocol(protocol.Protocol):
#當客戶端鏈接到服務器時就執行connectionMade() def connectionMade(self): clnt =self.clnt = self.transport.getPeer().host print '...connected from:', clnt
#當服務器接收到客戶端請求時執行dataReceived() def dataReceived(self, data): lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()) self.transport.write('[%s] %s' % (lotime, data)) factory = protocol.Factory() factory.protocol = TSServProtocol print 'waiting for connection ...' reactor.listenTCP(PORT, factory) reactor.run()
客戶端：
#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from twisted.internet import protocol, reactor
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
class TSClntProtocol(protocol.Protocol):
def sendData(self):
data = raw_input('> ')
if data:
print '...sending %s...' % data
self.transport.write(data)
else:
self.transport.loseConnection()
def connectionMade(self):
self.sendData()
def dataReceived(self, data):
print data
self.sendData()
class TSClntFactory(protocol.ClientFactory):
protocol = TSClntProtocol
clientConnectionLost = clientConnectionFalied = lambda self, connector, reason: reactor.stop()
reactor.connectTCP(HOST, PORT, TSClntFactory())
reactor.run()
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