Python网络编程

发布时间:2020-07-19 12:43:04 作者:少年不在了
来源:网络 阅读:646

  所谓服务器就是一系列硬件或软件,为一个或多个客户端(服务的用户)提供所需要的'服务'。它存在的唯一目的就是等待客户端的请求,并响应它们(提供服务),然后等待更多的请求。另一方面,客户端因特定的请求而联系服务器,并发送必要的数据,然后等待服务器的回应,最后完成请求或给出故障信息。服务器无限地运行下去,并不断地处理请求;而客户端会进行一次性请求,然后接收该服务,最后结束他们之间的事务。

  目前最常见的客户端/服务器架构如图所示,其中描绘了多个客户端通过互联网从一台服务器上检索信息。

Python网络编程

  套接字(socket)是计算机网络数据结构,它体现了'通信端点'的概念。在没有任何类型的通信开始之前,网络应用程序必须创建套接字。可以将它们比作电话插孔,没有它将无法通信。

  socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,对于文件用打开、读写、关闭模式来操作。socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)。套接字通常有两种类型:基于文件的和面向网络的。

  第一种类型是基于文件的AF_UNIX,其主要用于同一计算机中的两个进程间通信;第二种是面向网络的AF_INET,主要用于互联网上计算机之间的通信。

  通常网络套接字分为面向连接的套接字与无连接的套接字。面向连接的通信提供序列化的、可靠的和不重复的数据交付,而没有记录边界。实现这种连接类型的主要协议是传输控制协议(TCP)。为了创建TCP套接字,必须使用SOCK_STREAM作为套接字类型。

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  与传输控制协议形成对比的是数据报类型的套接字,它是一种无连接的套接字。这意味着,在通信开始之前并不需要建立连接。此时,在数据传输过程并无法保证它的顺序性、可靠性或者重复性。然而,数据报保存了记录边界,这意味着消息是以整体发送的,而并非分成多个片段。实现这种连接类型的主要协议是用户数据报(UDP)。为了创建UDP套接字,必须使用SOCK_DGRAM作为套接字类型。

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s=socket(family,type, proto=0)

参数一:地址簇

  socket.AF_INET IPv4(默认)
  socket.AF_INET6 IPv6

  socket.AF_UNIX 只能够用于单一的Unix系统进程间通信

参数二:连接类型

  socket.SOCK_STREAM 流式socket , for TCP (默认)
  socket.SOCK_DGRAM  数据报式socket , for UDP

  socket.SOCK_RAW 原始套接字,普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文,而SOCK_RAW可以 ;其次,SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文;利用原始套接字,可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
  socket.SOCK_RDM一种可靠的UDP形式,即保证交付数据报但不保证顺序。SOCK_RAM用来提供对原始协议的低级访问,在需要执行某些特殊操作时使用,如发送ICMP报文。SOCK_RAM通常仅限于高级用户或管理员运行的程序使用。
  socket.SOCK_SEQPACKET 可靠的连续数据包服务

参数三:协议

  0 (默认)与特定的地址家族相关的协议,如果是0,则系统就会根据地址格式和套接类别,自动选择一个合适的协议

服务器套接字方法

s.bind(address)将套接字绑定到地址。address地址的格式取决于地址族。在AF_INET下,以元组 (host,port)的形式表示地址。
s.listen(backlog)开始监听传入连接。backlog指定在拒绝连接之前,可以挂起的最大连接数量。
s.accept()接受连接并返回(conn,address),其中conn是新的套接字对象,可以用来接收和发送数据。address是连接客户端的地址。接收TCP客户的连接(阻塞式)等待连接的到来

客户端套接字方法

s.connect(address)

连接到address处的套接字。address的格式为元组(hostname,port),如果连接出错,返回socket.error错误。

s.connect_ex(address)同上,只不过会有返回值,连接成功时返回0,连接失败时候返回编码,而不是抛出一个异常。

普通的套接字方法

s.recv(bufsize[,flag])接收套接字的数据。数据以字符串形式返回,bufsize指定最多可以接收的数量。flag提供有关消息的其他信息,通常可以忽略。
s.recv_into()
接收TCP消息到指定的缓存区。
sk.recvfrom(bufsize[.flag])与recv()类似,但返回值是(data,address)。其中data是包含接收数据的字符串,address是发送数据的套接字地址。
s.send(string[,flag])将string中的数据发送到连接的套接字。返回值是要发送的字节数量,该数量可能小于string的字节大小。即:可能未将指定内容全部发送 。
s.sendall(string[,flag])

将string中的数据发送到连接的套接字,但在返回之前会尝试发送所有数据。成功返回None,失败则抛出异常。内部通过递归调用 

send,将所有内容发送出去。

s.sendto(string[,flag],address)将数据发送到套接字,address是形式为(ipaddr,port)的元组,指定远程地址。返回值是发送的字节数。该函数主要用于UDP协议。
s.close()关闭套接字
s.getpeername()返回连接套接字的远程地址。返回值通常是元组(ipaddr,port)
s.getsockname()返回套接字自己的地址。通常是一个元组(ipaddr,port)

面向阻塞的套接字方法

s.setblocking(bool)是否阻塞(默认True),如果设置False,那么accept和recv时一旦无数据,则报错。
s.settimeout(timeout)

设置套接字操作的超时期,timeout是一个浮点数,单位是秒。值为 

None表示没有超时期。一般,超时期应该在刚创建套接字时设置,因为它们可能用于连接的操作(如 client 连接最多等待5s)

s.gettimeout()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()
创建套接字关联的文件对象

服务器端:

# !/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
'''
这个脚本创建TCP服务器,它接收来自客户端的消息并打印在终端,返回当前时间戳
'''
from socket import *
from time import ctime
HOST = ''
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
tcpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.listen(5)
while True:
    print('waiting for connection...')
    tcpCliSock,addr=tcpSerSock.accept()
    print('...connected from:',addr)
    while True:
        data=tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
        print(str(data,'utf-8'))
        if not data:
            break
        tcpCliSock.send(bytes(ctime(),'utf-8'))
    tcpCliSock.close()
tcpSerSock.close()

客户端:

# !/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcpCliSock.connect(ADDR)
while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(bytes(data,'utf-8'))
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    if not  data:
        break
    print(str(data,'utf-8'))
tcpCliSock.close()

运行结果:

  服务器端:

waiting for connection...
...connected from: ('127.0.0.1', 62735)
123
1234
3453
45
567

 客户端:

> 123
Sat May  6 21:31:06 2017
> 1234
Sat May  6 21:32:44 2017
> 3453
Sat May  6 21:32:46 2017
> 45
Sat May  6 21:32:47 2017
> 567
Sat May  6 21:32:48 2017
>

服务器端:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
from time import ctime
'''
这个脚本创建UDP服务器,接收来自客户端的消息并打印在终端,返回当前时间戳
'''
HOST = ''
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
udpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udpSerSock.bind(ADDR)
while True:
    print('waiting for message... ')
    data,addr = udpSerSock.recvfrom(BUFSIZ)
    print(str(data,'utf-8'))
    udpSerSock.sendto(bytes(ctime(),'utf-8'),addr)
    print('...received form and return to:',addr)
udpSerSock.close()

客户端:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
udpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
while True:
    data=input('>')
    if not data:
        break
    udpCliSock.sendto(bytes(data,'utf-8'),ADDR)
    data,ADDR=udpCliSock.recvfrom(BUFSIZ)
    if not data:
        break
    print(str(data,'utf-8'))
udpCliSock.close()

输出结果:

  服务器端:

waiting for message... 
123
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
12334
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
123
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
14
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
234
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
5
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message...

  客户端:

>123
Sun May  7 11:59:46 2017
>12334
Sun May  7 12:02:32 2017
>123
1Sun May  7 12:02:33 2017
>4
2Sun May  7 12:02:34 2017
>34
Sun May  7 12:02:34 2017
>5
Sun May  7 12:02:35 2017
>

  SocketServer是标准库中的一个高级模块,它的目的是简化很多样板代码,它们是创建网络客户端和服务器必须的代码。这个模块中有各种各样的类,这些类帮助程序员隐藏具体的实现细节,除此之外以面相对象的方式处理事务有助于组织数据,以及逻辑性地将功能放在正确的地方。在python3中SocketServer改名为socketserver。

  各个类之间的继承关系:

| BaseServer |
      |
      v
| TCPServer |------->| UnixStreamServer |
      |
      v
| UDPServer |------->| UnixDatagramServer |


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基于的网络同步TCP/UDP服务器

UnixStreamServer /

UnixDatagramServer 

基于文件的基础同步TCP/UDP服务器


  上面四个服务类都是同步处理请求的,即一个请求没处理完不能处理下一个请求。当要想支持异步模型,可以利用多继承让server类继承ForkingMixIn或ThreadingMixIn类。

描述

ForkingMixIn/

ThreadingMixIn

核心派出或线程功能:只作用mix-in类域一个服务器类配合实现一些异步性;不能直接实例化。

ForkingTCPServer/

ForkingUDPServer

ForkingMixIn和TCPServer/UDPServer的组合,利用多进程实现异步
ThreadingTCPServer/

ThreadingUDPServer

ThreadingMixIn和TCPServer/UDPServer的组合,利用多线程实现异步

  在SocketServer模块中,服务器处理请求主要通过BaseRequestHandler类来实现,在这个类中有多个处理函数可以使用。

  setup()

     在handle()方法之前调用执行请求的初始化动作,默认不执行任何操作。

  handle()

     此函数必须完成对服务器所有的请求工作,有些实例属性对其可获得,

     请求通过self.request函数,

     客户端地址通过self.client_address函数,

     服务器实例通过self.server函数,

     self.request对于流服务self.request是套接字对象,对于数据报文self.request是一系列字符串和套接字。

  finish()

     在handle()函数后调用此方法,执行请求后的清理操作,默认不执行任何操作,如果setup()出现异常,此函数不会被调用。

服务器端实例

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
'''
通过socketserver类、TCPServer和StreamRequestHandler,该脚本创建时间戳TCP服务器
'''
from  socketserver import (TCPServer as TCP, StreamRequestHandler as SRH)
from time import ctime
HOST = ''
PORT = 12345
ADDR = (HOST,PORT)
class MyRequestHandler(SRH):
    def setup(self):
        print('处理请求前!!!')
    def handle(self):
        conn=self.request
        print('...connected from:',self.client_address)
        print(str(conn.recv(1024),'utf-8'))
        conn.send(bytes(ctime(),'utf-8'))
    def finish(self):
        print('处理请求后!!!')
        print('----------------------')
tcpServ = TCP(ADDR,MyRequestHandler)
print('waiting for connection...')
tcpServ.serve_forever()

客户端实例:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
while True:
    tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcpCliSock.connect(ADDR)
    data=input('>')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(bytes(data,'utf-8'))
    data=tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    if not data:
        break
    print(str(data,'utf-8'))
    tcpCliSock.close()

运行结果:

  服务器端:

waiting for connection...
处理请求前!!!
...connected from: ('127.0.0.1', 62042)
1223
处理请求后!!!
----------------------
处理请求前!!!
...connected from: ('127.0.0.1', 62051)
123
处理请求后!!!
----------------------
处理请求前!!!
...connected from: ('127.0.0.1', 62052)
5435
处理请求后!!!
----------------------
处理请求前!!!
...connected from: ('127.0.0.1', 62053)
574
处理请求后!!!
----------------------
处理请求前!!!
...connected from: ('127.0.0.1', 62054)
68
处理请求后!!!
----------------------

  客户端:

>1223
Sun May  7 13:01:45 2017
>123
Sun May  7 13:01:46 2017
>5435
Sun May  7 13:01:47 2017
>574
Sun May  7 13:01:48 2017
>68
Sun May  7 13:01:49 2017
>


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