python-网络编程

2020-06-19 11:57:59 浏览数 (1)

一：socket和套接字

1.1.什么是socket

　　socket 的原意是“插座”，在计算机通信领域，socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。

1.2.套接字分类

这个世界上有很多种套接字（socket），比如 DARPA Internet 地址（Internet 套接字）、本地节点的路径名（Unix套接字）、CCITT X.25地址（X.25 套接字）等。

1.3.Internet 套接分类

　　Internet 套接字分成两种类型：

　　流格式套接字（Stream Sockets）也叫“面向连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_STREAM 表示。

　 数据报格式套接字（Datagram Sockets）也叫“无连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_DGRAM 表示。

1.4.无连接套接字

数据报格式套接字（Datagram Sockets）也叫“无连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_DGRAM 表示。 计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。 因为数据报套接字所做的校验工作少，所以在传输效率方面比流格式套接字要高。 可以将 SOCK_DGRAM 比喻成高速移动的摩托车快递，它有以下特征：

  • 强调快速传输而非传输顺序；
  • 传输的数据可能丢失也可能损毁；
  • 限制每次传输的数据大小；
  • 数据的发送和接收是同步的（有的教程也称“存在数据边界”）。
  • 众所周知，速度是快递行业的生命。用摩托车发往同一地点的两件包裹无需保证顺序，只要以最快的速度交给客户就行。这种方式存在损坏或丢失的风险，而且包裹大小有一定限制。因此，想要传递大量包裹，就得分配发送。

另外，用两辆摩托车分别发送两件包裹，那么接收者也需要分两次接收，所以“数据的发送和接收是同步的”；换句话说，接收次数应该和发送次数相同。 总之，数据报套接字是一种不可靠的、不按顺序传递的、以追求速度为目的的套接字。 数据报套接字也使用 IP 协议作路由，但是它不使用 TCP 协议，而是使用 UDP 协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。 QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 来传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响。

1.5.有连接套接字

　　SOCK_STREAM 是一种可靠的、双向的通信数据流，数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送。

　　SOCK_STREAM 有以下几个特征：

  • 数据在传输过程中不会消失；
  • 数据是按照顺序传输的；
  • 数据的发送和接收不是同步的（有的教程也称“不存在数据边界”）。

为什么流格式套接字可以达到高质量的数据传输呢？这是因为它使用了 TCP 协议（The Transmission Control Protocol，传输控制协议），TCP 协议会控制你的数据按照顺序到达并且没有错误。

你也许见过 TCP，是因为你经常听说“TCP/IP”。TCP 用来确保数据的正确性，IP（Internet Protocol，网络协议）用来控制数据如何从源头到达目的地，也就是常说的“路由”。

　　可以将 SOCK_STREAM 比喻成一条传送带，只要传送带本身没有问题（不会断网），就能保证数据不丢失；同时，较晚传送的数据不会先到达，较早传送的数据不会晚到达，这就保证了数据是按照顺序传递的。

　　那么，“数据的发送和接收不同步”该如何理解呢？ 　　假设传送带传送的是水果，接收者需要凑齐 100 个后才能装袋，但是传送带可能把这 100 个水果分批传送，比如第一批传送 20 个，第二批传送 50 个，第三批传送 30 个。接收者不需要和传送带保持同步，只要根据自己的节奏来装袋即可，不用管传送带传送了几批，也不用每到一批就装袋一次，可以等到凑够了 100 个水果再装袋。 　　流格式套接字的内部有一个缓冲区（也就是字符数组），通过 socket 传输的数据将保存到这个缓冲区。接收端在收到数据后并不一定立即读取，只要数据不超过缓冲区的容量，接收端有可能在缓冲区被填满以后一次性地读取，也可能分成好几次读取。 　　也就是说，不管数据分几次传送过来，接收端只需要根据自己的要求读取，不用非得在数据到达时立即读取。传送端有自己的节奏，接收端也有自己的节奏，它们是不一致的。

　　面向连接的套接字通信工作流程 　　（1）服务器先用socket函数来建立一个套接字，用这个套接字完成通信的监听 　　（2）用bind函数来绑定一个端口号和IP地址。因为本地计算机可能有多个IP，每一个IP有多个端口号，需要指定一个IP和端口进行监听 　　（3）服务器调用listen函数，使服务器的这个端口和IP出于监听状态，等待客户机的连接 　　（4）客户机用socket建立一个套接字 　　（5）客户机调用connect函数，通过远程IP和端口号连接远程计算机指定的端口 　　（6）服务器用accept函数来接收远程计算机的连接，建立起与客户端之间的通信 　　（7）建立连接以后，客户机用write函数向socket中写入数据。也可用read函数读取服务器发送来的数据 　　（8）服务器用read函数读取客户机发送来的数据，也可用write函数发送数据 　　（9）完成通信以后，用close函数关闭socket连接

二：python中的网络编程

2.1.socket（）模块函数

　　要创建套接字，必须使用socket.socket()函数。

代码语言：javascript复制
form socket import *

tcpsock = socket(AF_INTE, SOCK_STREMA)

2.2.套接字对象（内置）方法

常见的套接字对象方法和属性

名 称

描 述

服务器套接字方法

s.bind()

将地址（主机名、端口号对）绑定到套接字上

s.listen()

设置并启动 TCP 监听器

s.accept()

被动接受 TCP 客户端连接，一直等待直到连接到达（阻塞）

客户端套接字方法

s.connect()

主动发起 TCP 服务器连接

s.connect_ex()

connect()的扩展版本，此时会以错误码的形式返回问题，而不是抛出一个异常

普通的套接字方法

s.recv()

接收 TCP 消息

s.recv_into()①

接收 TCP 消息到指定的缓冲区

s.send()

发送 TCP 消息

s.sendall()

完整地发送 TCP 消息

s.recvfrom()

接收 UDP 消息

s.recvfrom_into()①

接收 UDP 消息到指定的缓冲区

s.sendto()

发送 UDP 消息

s.getpeername()

连接到套接字（TCP）的远程地址

s.getsockname()

当前套接字的地址

s.getsockopt()

返回给定套接字选项的值

s.setsockopt()

设置给定套接字选项的值

s.shutdown()

关闭连接

s.close()

关闭套接字

s.detach()②

在未关闭文件描述符的情况下关闭套接字，返回文件描述符

s.ioctl()③

控制套接字的模式（仅支持 Windows）

面向阻塞的套接字方法

s.setblocking()

设置套接字的阻塞或非阻塞模式

s.settimeout()④

设置阻塞套接字操作的超时时间

s.gettimeout()④

获取阻塞套接字操作的超时时间

面向文件的套接字方法

s.fileno()

套接字的文件描述符

s.makefile()

创建与套接字关联的文件对象

数据属性

s.family①

套接字家族

s.type①

套接字类型

s.proto①

套接字协议

2.3执行TCP服务器和客户端

服务器：

代码语言：javascript复制
#!/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()　

客户端：

代码语言：javascript复制
#!/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服务器和客户端

服务器：

代码语言：javascript复制
#!/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()

客户端：

代码语言：javascript复制
#!/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模块属性

除了属性的socket.socket()函数外，socket()模块还提供下面常见属性：

socket 模块属性

属 性 名 称

描 述

数据属性

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

套接字类型（TCP=流，UDP=数据报）

has_ipv6④

指示是否支持 IPv6 的布尔标记

异常

error

套接字相关错误

herror①

主机和地址相关错误

gaierror①

地址相关错误

timeout

超时时间

函数

socket()

以给定的地址家族、套接字类型和协议类型（可选）创建一个套接字对象

socketpair()⑤

以给定的地址家族、套接字类型和协议类型（可选）创建一对套接字对象

create_connection()

常规函数，它接收一个地址（主机名，端口号）对，返回套接字对象

fromfd()

以一个打开的文件描述符创建一个套接字对象

ssl()

通过套接字启动一个安全套接字层连接；不执行证书验证

getaddrinfo()①

获取一个五元组序列形式的地址信息

getnameinfo()

给定一个套接字地址，返回（主机名，端口号）二元组

getfqdn()⑥

返回完整的域名

gethostname()

返回当前主机名

gethostbyname()

将一个主机名映射到它的 IP 地址

gethostbyname_ex()

gethostbyname()的扩展版本，它返回主机名、别名主机集合和 IP 地址列表

gethostbyaddr()

将一个 IP 地址映射到 DNS 信息；返回与 gethostbyname_ex()相同的 3 元组

getprotobyname()

将一个协议名（如‘tcp’）映射到一个数字

getservbyname()/getservbyport()

将一个服务名映射到一个端口号，或者反过来；对于任何一个函数来说，协议名都是可选的

ntohl()/ntohs()

将来自网络的整数转换为主机字节顺序

htonl()/htons()

将来自主机的整数转换为网络字节顺序

inet_aton()/inet_ntoa()

将 IP 地址八进制字符串转换成 32 位的包格式，或者反过来（仅用于 IPv4 地址）

inet_pton()/inet_ntop()

将IP 地址字符串转换成打包的二进制格式，或者反过来（同时适用于 IPv4 和IPv6 地址）

getdefaulttimeout()/setdefaulttimeout()

以秒（浮点数）为单位返回默认套接字超时时间；以秒（浮点数）为单位设置默认套接字超时时间

2.6.socketServer模块

虽说用Python编写简单的网络程序很方便，但复杂一点的网络程序还是用现成的框架比较 好。这样就可以专心事务逻辑，而不是套接字的各种细节。SocketServer模块简化了编写网络服务程序的任务。同时SocketServer模块也 是Python标准库中很多服务器框架的基础。

socketserver在python2中为SocketServer,在python3种取消了首字母大写，改名为socketserver。

socketserver中包含了两种类，一种为服务类（server class），一种为请求处理类（request handle class）。前者提供了许多方法：像绑定，监听，运行…… （也就是建立连接的过程） 后者则专注于如何处理用户所发送的数据（也就是事务逻辑）。

**一般情况下，所有的服务，都是先建立连接，也就是建立一个服务类的实例，然后开始处理用户请求，也就是建立一个请求处理类的实例。

SocketServer 模块类

类

描 述

BaseServer

包含核心服务器功能和mix-in 类的钩子；仅用于推导，这样不会创建这个类的实例；可以用 TCPServer 或 UDPServer 创建类的实例

TCPServer/UDPServer

基础的网络同步 TCP/UDP 服务器

UnixStreamServer/UnixDatagramServer

基于文件的基础同步 TCP/UDP 服务器

ForkingMixIn/ThreadingMixIn

核心派出或线程功能；只用作 mix-in 类与一个服务器类配合实现一些异步性；不能直接实例化这个类

ForkingTCPServer/ForkingUDPServer

ForkingMixIn 和 TCPServer/UDPServer 的组合

ThreadingTCPServer/ThreadingUDPServer

ThreadingMixIn 和 TCPServer/UDPServer 的组合

BaseRequestHandler

包含处理服务请求的核心功能；仅仅用于推导，这样无法创建这个类的实例； 可以使用StreamRequestHandler 或 DatagramRequestHandler 创建类的实例

StreamRequestHandler/DatagramRequestHandler

实现 TCP/UDP 服务器的服务处理器

服务端：

代码语言：javascript复制
#!/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)

#重写SocketServer的子类StreamRequestHandler的handle方法，该方法默认没有任何行为
class MyRequestHandler(SRH):
   def handle(self):
         print '...connected from:', self.client_address
         lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
         #readline()来获取客户端消息，write()将字符串发回客户端
         self.wfile.write('[%s] %s' % (lotime, self.rfile.readline()))

#创建TCP服务器，并无限循环的等待客户端请求
tcpServ = TCP(ADDR, MyRequestHandler)
print 'waiting for conntion....'
tcpServ.serve_forever()

客户端：

代码语言：javascript复制
#!/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('%srn' % data)
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
    if not data:
        break
    print data.strip()
    tcpCliSock.close()

2.7.Twisted框架

twisted是一个用python语言写的事件驱动的网络框架，他支持很多种协议，包括UDP,TCP,TLS和其他应用层协议，比如HTTP，SMTP，NNTM，IRC，XMPP/Jabber。 非常好的一点是twisted实现和很多应用层的协议，开发人员可以直接只用这些协议的实现。其实要修改Twisted的SSH服务器端实现非常简单。很多时候，开发人员需要实现protocol类。

一个Twisted程序由reactor发起的主循环和一些回调函数组成。当事件发生了，比如一个client连接到了server，这时候服务器端的事件会被触发执行。

安装方法：

进入链接https://pypi.org/simple/twisted/下载安装包进行安装。

方法二：

代码语言：javascript复制
sudo apt-get install python-setuptools
sudo apt-get install python-dev
sudo easy_install twisted　　

服务端：#!/use/bin/env python

代码语言：javascript复制
# -*- coding: utf-8 -*-

from twisted.internet import protocol, reactor
import time

PORT = 21567

#获得protocol类并为时间戳服务器调用TSServProtocol，然后重写了connetctionMade()和dataReceived()方法
class TSServProtocol(protocol.Protocol):
   #当客户端连接到服务器时就执行connectionMade()
   def connectionMade(self):
        clnt =self.clnt = self.transport.getPeer().host
        print '...connected from:', clnt
   #当服务器接收到客户端请求时执行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()

客户端：

代码语言：javascript复制
#!/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()
ipv6 tcp/ip udp socket编程

0 人点赞