Python黑帽編程2.8 套接字編程
套接字編程在本系列教程中地位並不是很突出，但是我們觀察網絡應用，絕大多數都是基於Socket來做的，哪怕是絕大多數的木馬程序也是如此。官方關於socket編程的文檔地址為https://docs.python.org/2/library/socket.html，我承認我看起來都很費勁。
套接字為BSD UNIX系統核心的一部分，而且他們也被許多其他類似UNIX的操作系統包括Linux所采納。許多非BSD UNIX系統（如ms-dos，windows，os/2，mac os及大部分主機環境）都以庫形式提供對套接字的支持。
三種最流行的套接字類型是:stream,datagram和raw。stream和datagram套接字可以直接與TCP協議進行接口，而raw套接字則接口到IP協議。但套接字並不限於TCP/IP。
Python 提供了兩個基本的套接字模塊：
l 第一個是 socket，它提供了標准的 BSD Sockets API。
l 第二個是 socketServer， 它提供了服務器中心類，可以簡化網絡服務器的開發。
本節課程主要關注socket模塊的使用。
2.8.1 socket函數
socket函數用來創建socket對象，使用前需要導入socket模塊。我們先看一下socket函數的使用方式：
socket.socket([family[, type[, proto]]])
我們看到socket函數接收三個參數，下面分別介紹：
family——套接字對象使用的地址族，可選值：AF_INET——IPv4地址族，AF_INET6——IPv6地址族，AF_UNIX——針對類UNIX系統的套接字，如圖2所示。
圖2
type可選參數如圖3所示。
圖3
proto是協議數，默認是0，通常不需要關心該參數。
熟悉了三個參數的含義，創建一個TCP或者UDP的socket對象就很容易了。
創建TCP Socket：
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
創建UDP Socket：
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
關於socket對象的各種方法的使用說明，大家可以去查官方文檔，我這里就不貼了，下面我們邊實踐，邊學習。
2.8.2 創建socket
我們首先來創建一個TCP的socket對象，代碼如下：
#Socket client example in python
import socket #for sockets
#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket Created'
創建一個socket對象很簡單，第一步導入socket模塊，第二步使用socket.socket方法創建一個socket對象，參數在2.8.1節已經做了說明。運行結果如下：
圖4
2.8.3 客戶端編程
創建socket之后，現在我們看看如何創建client端，連接一個服務端，這里我們選擇知乎（www.zhihu.com）。socket類有個gethostbyname方法，可以用來把域名轉換為ip地址，例如：
import socket #for sockets
import sys #for exit
try:
#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error, msg:
print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]
sys.exit();
print 'Socket Created'
host = 'www.zhihu.com'
try:
remote_ip = socket.gethostbyname( host )
except socket.gaierror:
#could not resolve
print 'Hostname could not be resolved. Exiting'
sys.exit()
print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip
上面的代碼，我們首先導入了sys模塊，用於在出現異常的情況下調用sys.exit()退出。同時，完善了異常捕獲，創建socket可能會引發socket.error異常，gethostbyname方法可能會引發socket.gaierror異常，我們在編程過程中要注意這些錯誤。
運行結果如下：
圖5
現在我們獲得了ip，端口我們使用80，現在可以連接服務器了。
import socket #for sockets
import sys #for exit
try:
#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error, msg:
print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]
sys.exit();
print 'Socket Created'
host = 'www.zhihu.com'
port = 80
try:
remote_ip = socket.gethostbyname( host )
except socket.gaierror:
#could not resolve
print 'Hostname could not be resolved. Exiting'
sys.exit()
print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip
#Connect to remote server
s.connect((remote_ip , port))
print 'Socket Connected to ' + host + ' on ip ' + remote_ip
注意上面加粗的代碼，使用socket.connect方法連接服務端，參數為ip地址和端口。
連接上服務器之后，現在可以向服務器發送信息了。
我們在上面代碼的基礎上，添加下面的代碼：
#Send some data to remote server
message = "GET / HTTP/1.1\r\n\r\n"
try :
#Set the whole string
s.sendall(message)
except socket.error:
#Send failed
print 'Send failed'
sys.exit()
print 'Message send successfully'
首先定義了要發送的信息，准備發送一個http協議的get請求。隨后我們使用socket.sendall方法發送信息。信息發送之后，如果沒有異常產生，應該會得到知乎服務器的響應內容。那么如何接收信息呢？繼續添加如下代碼：
#Now receive data
reply = s.recv(4096)
print reply
我們使用socket.recv方法來接收數據，參數是接收的數據長度。現在我們來看一下運行結果：
圖6
最后，接收完數據之后，不要忘了關閉socket：
s.close()
現在我們來總結下客戶端socket編程的基本流程：
1. 創建套接字
2. 連接服務端
3. 發送數據
4. 接收數據
5. 關閉連接
下面看一下，一個基本的服務端，要做哪些工作。
2.8.4 服務端編程
和客戶端編程類似，我們首先創建一個socket對象。
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
隨后，我們要把socket綁定到本機的IP和端口上。
try:
s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
綁定ip和端口使用的是bind方法。
服務端不會主動連接其他主機，而是等待客戶端連接，這需要進入監聽狀態。
s.listen(10)
print 'Socket now listening'
listen方法接收一個參數，用來指定可以同時掛起的連接數。
監聽模式之后，如果有客戶端連接進來，如何接收連接呢？需要使用accept方法。
#wait to accept a connection - blocking call
conn, addr =s.accept()
accept方法會返回一個代表當前鏈接的connection對象和客戶端的ip地址。接下來就可以使用conn對象來接收和發送數據了，關閉連接也使用conn對象。
data = conn.recv(1024)
conn.sendall(data)
conn.close()
下面我們看一下服務端的完整代碼：
import socket
import sys
HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'
try:
s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
sys.exit()
print 'Socket bind complete'
s.listen(10)
print 'Socket now listening'
#wait to accept a connection - blocking call
conn, addr = s.accept()
print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
#now keep talking with the client
data = conn.recv(1024)
conn.sendall(data)
conn.close()
s.close()
將代碼保存為socket_server.py，從終端啟動，如下圖：
圖7
然后再啟動一個終端，使用telnet連接。
圖8
此時可以看到服務端打印了連接的客戶端，接下來咋telnet終端輸入字符，回車發送過去。結果如圖7。
圖9
從圖7可以看到telnet終端顯示了服務端返回的信息。
2.8.5 改進服務端
作為服務端，只能接收一次連接，和客戶端進行有限次數的交互是不行的，要一直能接收來自客戶端的連接，下面我們改進服務端。
import socket
import sys
HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 5000 # Arbitrary non-privileged port
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'
try:
s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
sys.exit()
print 'Socket bind complete'
s.listen(10)
print 'Socket now listening'
#now keep talking with the client
while 1:
#wait to accept a connection - blocking call
conn, addr = s.accept()
print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
data = conn.recv(1024)
reply = 'OK...' + data
if not data:
break
conn.sendall(reply)
conn.close()
s.close()
修改后的代碼只是將接收客戶端連接的代碼放到一個while true循環里，這樣就可以不停的接收連接。保存上面的代碼，在終端打開等待連接，然后啟動三個終端使用telnet進行連接，結果如下：
圖10
這樣改起來，可以不停的接收新的連接了，但是每次只能接收一個連接，有新連接的時候，舊連接就會斷掉，還是不夠完美。想要分別對待每一個新入的連接，需要多線程登場了。
import socket
import sys
from thread import *
HOST = '' # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'
#Bind socket to local host and port
try:
s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
sys.exit()
print 'Socket bind complete'
#Start listening on socket
s.listen(10)
print 'Socket now listening'
#Function for handling connections. This will be used to create threads
def clientthread(conn):
#Sending message to connected client
conn.send('Welcome to the server. Type something and hit enter\n') #send only takes string
#infinite loop so that function do not terminate and thread do not end.
while True:
#Receiving from client
data = conn.recv(1024)
reply = 'OK...' + data
if not data:
break
conn.sendall(reply)
#came out of loop
conn.close()
#now keep talking with the client
while 1:
#wait to accept a connection - blocking call
conn, addr = s.accept()
print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
#start new thread takes 1st argument as a function name to be run, second is the tuple of arguments to the function.
start_new_thread(clientthread ,(conn,))
s.close()
使用多線程，首先要導入thread模塊。隨后我們定義了一個名為clientthread的方法，該方法接收每個客戶端連接對象，在內部啟動一個新的while循環，這樣可以保證客戶端和服務端可以一直連接，反復通信。在外層，仍然保留while循環，每次有客戶端連接的時候，生成一個連接對象conn，然后使用thread模塊的start_new_thread方法啟動一個新的線程，新線程調用clientthread方法，傳入剛接收的客戶端連接對象。
我們將上面的代碼保存為socket_thread.py,然后從終端啟動，在啟動多個終端使用telnet進行連接，連接之后發消息測試，結果如下：
圖11
2.8.6 小結
本節我們學習了Python中socket的基本使用方法，並演示了基於TCP協議的客戶端和服務端編程方法。這里大家需要額外補充的知識點是多線程的使用，我們做網絡掃描、爬蟲等程序，都是離不開多線程應用的。
下一節是第二章的最后一節，和大家聊一聊面向對象編程思想及Python的面向對象編程方法。
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