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不支持多併發，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 ：只能夠用於單一的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)：開啓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，至少爲1，大部分應用程序設爲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()方法後，socket會進入waiting狀態。客戶請求連接時，accept()方法會建立連接並返回服務器。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爲元組（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指定接收數據的緩衝區的大小，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，可能小於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是接收數據的緩衝區，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是形式爲（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。值爲None表示沒有超時。一般，超時應該在剛創建套接字時設置，因爲socket可能用於連接的操作（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爲0，則將套接字設爲非阻塞模式，否則將套接字設爲阻塞模式（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，那麼將引起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；連接成功後，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，對於客戶端，要主動連接服務器的IP和指定端口，對於服務器，要首先監聽指定端口，然後，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，通常爲ip和port。

3、調用listen將sock設爲監聽模式，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)

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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爲socket，addr爲客戶端地址

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__":

    # 創建基於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，並開始監聽

    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()

        # 開啓新線程對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後，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，對於不要求可靠到達的數據，可以使用UDP協議。

UDP服務端實例：

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import socket

if __name__ == "__main__":

    # 創建基於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()