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,通常我們用一個Socket表示"打開了一個網絡連接",而打開一個Socket需要知道目標計算機的IP地址和端口號,再指定協議類型即可。
客戶端
大多數連接都是可靠的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。
舉個例子,當我們在瀏覽器中訪問新浪時,我們自己的計算機就是客戶端,瀏覽器會主動向新浪的服務器發送連接。如果一切順利,新浪的服務器接受了我們的連接,一個TCP連接就建立起來的,后面的通信就是發送網頁內容了。
所以,我們要創建一個基於TCP連接的Socket,可以這樣做:
#導入socket庫
import socket
#創建一個socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#建立連接
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))
創建Socket
時,AF_INET
指定使用IPv4協議,如果要用更先進的IPv6,就指定為AF_INET6
。SOCK_STREAM
指定使用面向流的TCP協議,這樣,一個Socket
對象就創建成功,但是還沒有建立連接。
客戶端要主動發起TCP連接,必須知道服務器的IP地址和端口號。新浪網站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn
自動轉換到IP地址,但是怎么知道新浪服務器的端口號呢?
答案是作為服務器,提供什么樣的服務,端口號就必須固定下來,由於我們想要訪問網頁,因此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,因為80
端口是Web服務的標准端口。其它服務都有對應的標准端口號,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標准服務的端口,端口號大於1024的,可以任意使用。
因此,我們連接新浪服務器的代碼如下:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))
注意參數是一個tuple,包含地址和端口號。
建立TCP連接后,我們就可以向新浪服務器發送請求,需要返回首頁的內容:
s.send('GET / HTTP/\r\nHost:www.sina.com.cn\r\nConnection:close\r\n\r\n')
TCP連接創建的是雙向通道,雙方都可以同時給對方發送數據。但是誰先發誰后方,怎么協調,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,服務器收到后才發送數據給客戶端。
發送的文本格式必須符合HTTP標准,如果格式沒有問題,接下來就可以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,因此,在一個while循環中反復接收,知道recv()
返回空數據,表示接收完畢,退出循環。
當我們接受完數據后,調用close()
方法關閉Socket,這樣,一次完整的網絡通信就結束了:
#關閉連接:
s.close()
接收到的數據包括HTTP頭和網頁本身,我們只需要把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)
現在,只需要把瀏覽器中打開這個sina.html
文件,就可以看到新浪的首頁了。
服務器
和客戶端編程相比,服務器編程要復雜一些。
服務器進程首先要綁定一個端口並監聽來自其他客戶端的連接。如果這個客戶端連接過來了,服務器就與該客戶端建立Socket連接,隨后的通信就靠這個Socket連接了。
所以,服務器會打開這個固定端口(比如80)監聽,每來一個客戶端連接,就創建該Socket連接,由於服務器會有大量來自客戶端的連接,所以,服務器要能夠區分一個Socket連接是和哪個客戶端綁定的。一個Socket依賴4項:服務器地址、服務器端口、客戶端地址、客戶端端口來唯一確定一個Socket。
但是服務器還需要同時響應多個客戶端的請求,所以,每個連接都需要一個新的進程或者新的線程來處理,否則,服務器一次就只能服務一個客戶端了。
我們來寫一個簡單的服務端程序,它接收客戶端連接,把客戶端發過來的字符串加上Hello
再發回去。
首先,創建一個基於IPV4和TCP協議的Socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
然后,我們要綁定監聽的地址和端口。服務器可能有多塊網卡,可以綁定到某一塊網卡的IP地址上,也可以用0.0.0.0
綁定到所有的網絡地址,還可以用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,如果幫到這個地址,客戶端必須同時運行才能連接,也就是說,外部的計算機無法連接進來。
端口號需要預先指定。因為我們寫的這個服務不是標准,所以用9999
這個端口號,請注意,小於1024
的端口號必須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連接的最大數量:
s.listen(5)
print("Waiting for connection")
接下來,服務器程序會通過一個永久循環來接受來自客戶端的連接,accetp()
會等待並返回一個客戶端的連接:
while True:
#接受一個新連接:
sock, addr = s.accept()
#創建新線程來處理TCP連接
t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
t.start()
每個連接都必須創建新線程(或進程)來處理,否則,但現場在處理連接的過程中,無法接受其他客戶端的連接:
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)
連接建立后,服務器首先發送一條歡迎消息,然后等待客戶端數據,並加上Hello
再發送給客戶端。如果客戶端發送了exit
字符串,就直接關閉。
要測試這個服務器程序,我們還需要編寫一個客戶端程序:
s = socket.socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
#建立連接
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()
我們需要打開兩個命令窗口,一個運行服務器程序,另一個運行客戶端程序,就可以看到效果了:
需要注意的是,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,然后,對每一個新的連接,創建一個線程或進程來處理。通常,服務器程序會無限運行下去。
同一個端口,被一個Socket綁定了以后,就不能被別的Socket綁定了。