Python Socket 网络编程

2024-05-23 13:43:11 153

本文内容纲要：

-客户端编程

-创建socket

-连接服务器

-发送数据

-接收数据

-关闭socket

-小结

-服务器端编程

-绑定socket

-监听连接

-接收连接

-保持服务

-处理连接

-总结

-参考资料

Socket是进程间通信的一种方式，它与其他进程间通信的一个主要不同是：它能实现不同主机间的进程间通信，我们网络上各种各样的服务大多都是基于Socket来完成通信的，例如我们每天浏览网页、QQ聊天、收发email等等。要解决网络上两台主机之间的进程通信问题，首先要唯一标识该进程，在TCP/IP网络协议中，就是通过(IP地址，协议，端口号)三元组来标识进程的，解决了进程标识问题，就有了通信的基础了。

本文主要介绍使用Python进行TCPSocket网络编程，假设你已经具有初步的网络知识及Python基本语法知识。

TCP是一种面向连接的传输层协议，TCPSocket是基于一种Client-Server的编程模型，服务端监听客户端的连接请求，一旦建立连接即可以进行传输数据。那么对TCPSocket编程的介绍也分为客户端和服务端：

客户端编程

创建socket

首先要创建socket，用Python中socket模块的函数socket就可以完成：

#Socketclientexampleinpython

importsocket#forsockets

#createanAF_INET,STREAMsocket(TCP)s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)print'SocketCreated'

函数socket.socket创建一个socket，返回该socket的描述符，将在后面相关函数中使用。该函数带有两个参数：

AddressFamily：可以选择AF_INET（用于Internet进程间通信）或者AF_UNIX（用于同一台机器进程间通信）
Type：套接字类型，可以是SOCKET_STREAM（流式套接字，主要用于TCP协议）或者SOCKET_DGRAM（数据报套接字，主要用于UDP协议）

注：由于本文主要概述一下PythonSocket编程的过程，因此不会对相关函数参数、返回值进行详细介绍，需要了解的可以查看相关手册

错误处理

如果创建socket函数失败，会抛出一个socket.error的异常，需要捕获：

#handlingerrorsinpythonsocketprograms

importsocket#forsockets
importsys#forexittry:#createanAF_INET,STREAMsocket(TCP)s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)exceptsocket.error,msg:print'Failedtocreatesocket.Errorcode:'+str(msg[0])+',Errormessage:'+msg[1]sys.exit();print'SocketCreated'

那么到目前为止已成功创建了socket，接下来我们将用这个socket来连接某个服务器，就连www.google.com吧。

连接服务器

本文开始也提到了，socket使用(IP地址，协议，端口号)来标识一个进程，那么我们要想和服务器进行通信，就需要知道它的IP地址以及端口号。

获得远程主机的IP地址

Python提供了一个简单的函数socket.gethostbyname来获得远程主机的IP地址：

host='www.google.com'
port=80try:remote_ip=socket.gethostbyname(host)exceptsocket.gaierror:#couldnotresolveprint'Hostnamecouldnotberesolved.Exiting'sys.exit()print'Ipaddressof'+host+'is'+remote_ip

现在我们知道了服务器的IP地址，就可以使用连接函数connect连接到该IP的某个特定的端口上了，下面例子连接到80端口上（是HTTP服务的默认端口）：

#Connecttoremoteserver
s.connect((remote_ip,port))print'SocketConnectedto'+host+'onip'+remote_ip

运行该程序：

$pythonclient.py
Socketcreated
Ipofremotehostwww.google.comis173.194.38.145
SocketConnectedtowww.google.comonip173.194.38.145

发送数据

上面说明连接到www.google.com已经成功了，接下面我们可以向服务器发送一些数据，例如发送字符串GET/HTTP/1.1\r\n\r\n，这是一个HTTP请求网页内容的命令。

#Sendsomedatatoremoteserver
message="GET/HTTP/1.1\r\n\r\n"try:#Setthewholestrings.sendall(message)exceptsocket.error:#Sendfailedprint'Sendfailed'sys.exit()print'Messagesendsuccessfully'

发送完数据之后，客户端还需要接受服务器的响应。

接收数据

函数recv可以用来接收socket的数据：

#Nowreceivedata
reply=s.recv(4096)printreply

一起运行的结果如下：

Socketcreated
Ipofremotehostwww.google.comis173.194.38.145
SocketConnectedtowww.google.comonip173.194.38.145
Messagesendsuccessfully
HTTP/1.1302Found
Cache-Control:private
Content-Type:text/html;charset=UTF-8
Location:http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQContent-Length:262Date:Thu,11Dec201408:47:58GMTServer:GFE/2.0Alternate-Protocol:80:quic,p=0.02<HTML><HEAD><metahttp-equiv="content-type"content="text/html;charset=utf-8"><TITLE>302Moved</TITLE></HEAD><BODY><H1>302Moved</H1>Thedocumenthasmoved<AHREF="http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ">here</A>.</BODY></HTML>

关闭socket

当我们不想再次请求服务器数据时，可以将该socket关闭，结束这次通信：

s.close()

小结

上面我们学到了如何：

创建socket
连接到远程服务器
发送数据
接收数据
关闭socket

当我们打开www.google.com时，浏览器所做的就是这些，知道这些是非常有意义的。在socket中具有这种行为特征的被称为CLIENT，客户端主要是连接远程系统获取数据。

socket中另一种行为称为SERVER，服务器使用socket来接收连接以及提供数据，和客户端正好相反。所以www.google.com是服务器，你的浏览器是客户端，或者更准确地说，www.google.com是HTTP服务器，你的浏览器是HTTP客户端。

那么上面介绍了客户端的编程，现在轮到服务器端如果使用socket了。

服务器端编程

服务器端主要做以下工作：

打开socket
绑定到特定的地址以及端口上
监听连接
建立连接
接收/发送数据

上面已经介绍了如何创建socket了，下面一步是绑定。

绑定socket

函数bind可以用来将socket绑定到特定的地址和端口上，它需要一个sockaddr_in结构作为参数：

importsocket
importsys

HOST=''#SymbolicnamemeaningallavailableinterfacesPORT=8888#Arbitrarynon-privilegedports=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)print'Socketcreated'try:s.bind((HOST,PORT))exceptsocket.error,msg:print'Bindfailed.ErrorCode:'+str(msg[0])+'Message'+msg[1]sys.exit()print'Socketbindcomplete'

绑定完成之后，接下来就是监听连接了。

监听连接

函数listen可以将socket置于监听模式：

s.listen(10)
print'Socketnowlistening'

该函数带有一个参数称为backlog，用来控制连接的个数。如果设为10，那么有10个连接正在等待处理，此时第11个请求过来时将会被拒绝。

接收连接

当有客户端向服务器发送连接请求时，服务器会接收连接：

#waittoacceptaconnection-blockingcall
conn,addr=s.accept()#displayclientinformationprint'Connectedwith'+addr[0]+':'+str(addr[1])

运行该程序的，输出结果如下：

$pythonserver.py
Socketcreated
Socketbindcomplete
Socketnowlistening

此时，该程序在8888端口上等待请求的到来。不要关掉这个程序，让它一直运行，现在客户端可以通过该端口连接到socket。我们用telnet客户端来测试，打开一个终端，输入telnetlocalhost8888：

$telnetlocalhost8888
Trying127.0.0.1...
Connectedtolocalhost.
Escapecharacteris'^]'.
Connectionclosedbyforeignhost.

这时服务端输出会显示：

$pythonserver.py
Socketcreated
Socketbindcomplete
Socketnowlistening
Connectedwith127.0.0.1:59954

我们观察到客户端已经连接上服务器了。在建立连接之后，我们可以用来与客户端进行通信。下面例子演示的是，服务器建立连接之后，接收客户端发送来的数据，并立即将数据发送回去，下面是完整的服务端程序：

importsocket
importsys

HOST=''#SymbolicnamemeaningallavailableinterfacesPORT=8888#Arbitrarynon-privilegedports=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)print'Socketcreated'try:s.bind((HOST,PORT))exceptsocket.error,msg:print'Bindfailed.ErrorCode:'+str(msg[0])+'Message'+msg[1]sys.exit()print'Socketbindcomplete's.listen(10)print'Socketnowlistening'#waittoacceptaconnection-blockingcallconn,addr=s.accept()print'Connectedwith'+addr[0]+':'+str(addr[1])#nowkeeptalkingwiththeclientdata=conn.recv(1024)conn.sendall(data)conn.close()s.close()

在一个终端中运行这个程序，打开另一个终端，使用telnet连接服务器，随便输入字符串，你会看到：

$telnetlocalhost8888
Trying127.0.0.1...
Connectedtolocalhost.
Escapecharacteris'^]'.
happy
happy
Connectionclosedbyforeignhost.

客户端（telnet）接收了服务器的响应。

我们在完成一次响应之后服务器立即断开了连接，而像www.google.com这样的服务器总是一直等待接收连接的。我们需要将上面的服务器程序改造成一直运行，最简单的办法是将accept放到一个循环中，那么就可以一直接收连接了。

保持服务

我们可以将代码改成这样让服务器一直工作：

importsocket
importsys

HOST=''#SymbolicnamemeaningallavailableinterfacesPORT=5000#Arbitrarynon-privilegedports=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)print'Socketcreated'try:s.bind((HOST,PORT))exceptsocket.error,msg:print'Bindfailed.ErrorCode:'+str(msg[0])+'Message'+msg[1]sys.exit()print'Socketbindcomplete's.listen(10)print'Socketnowlistening'#nowkeeptalkingwiththeclientwhile1:#waittoacceptaconnection-blockingcallconn,addr=s.accept()print'Connectedwith'+addr[0]+':'+str(addr[1])data=conn.recv(1024)reply='OK...'+dataifnotdata:breakconn.sendall(reply)conn.close()s.close()

现在在一个终端下运行上面的服务器程序，再开启三个终端，分别用telnet去连接，如果一个终端连接之后不输入数据其他终端是没办法进行连接的，而且每个终端只能服务一次就断开连接。这从代码上也是可以看出来的。

这显然也不是我们想要的，我们希望多个客户端可以随时建立连接，而且每个客户端可以跟服务器进行多次通信，这该怎么修改呢？

处理连接

为了处理每个连接，我们需要将处理的程序与主程序的接收连接分开。一种方法可以使用线程来实现，主服务程序接收连接，创建一个线程来处理该连接的通信，然后服务器回到接收其他连接的逻辑上来。

importsocket
importsys
fromthreadimport*HOST=''#SymbolicnamemeaningallavailableinterfacesPORT=8888#Arbitrarynon-privilegedports=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)print'Socketcreated'#Bindsockettolocalhostandporttry:s.bind((HOST,PORT))exceptsocket.error,msg:print'Bindfailed.ErrorCode:'+str(msg[0])+'Message'+msg[1]sys.exit()print'Socketbindcomplete'#Startlisteningonsockets.listen(10)print'Socketnowlistening'#Functionforhandlingconnections.Thiswillbeusedtocreatethreadsdefclientthread(conn):#Sendingmessagetoconnectedclientconn.send('Welcometotheserver.Typesomethingandhitenter\n')#sendonlytakesstring#infiniteloopsothatfunctiondonotterminateandthreaddonotend.whileTrue:#Receivingfromclientdata=conn.recv(1024)reply='OK...'+dataifnotdata:breakconn.sendall(reply)#cameoutofloopconn.close()#nowkeeptalkingwiththeclientwhile1:#waittoacceptaconnection-blockingcallconn,addr=s.accept()print'Connectedwith'+addr[0]+':'+str(addr[1])#startnewthreadtakes1stargumentasafunctionnametoberun,secondisthetupleofargumentstothefunction.start_new_thread(clientthread,(conn,))s.close()

再次运行上面的程序，打开三个终端来与主服务器建立telnet连接，这时候三个客户端可以随时接入，而且每个客户端可以与主服务器进行多次通信。

telnet终端下可能输出如下：

$telnetlocalhost8888
Trying127.0.0.1...
Connectedtolocalhost.
Escapecharacteris'^]'.
Welcometotheserver.Typesomethingandhitenter
hi
OK...hi
asd
OK...asd
cv
OK...cv

要结束telnet的连接，按下Ctrl-]键，再输入close命令。

服务器终端的输出可能是这样的：

$pythonserver.py
Socketcreated
Socketbindcomplete
Socketnowlistening
Connectedwith127.0.0.1:60730
Connectedwith127.0.0.1:60731

总结

到目前为止，我们学习了Python下基本的socket编程。

参考资料

主要译自：Pythonsocket–networkprogrammingtutorial
进一步学习：
- SocketsprogramminginPython
- Pythonsocket–chatserverandclientwithcodeexample
- LinuxSocket编程（不限Linux）

本文内容总结：客户端编程，创建socket，连接服务器，发送数据，接收数据，关闭socket，小结，服务器端编程，绑定socket，监听连接，接收连接，保持服务，处理连接，总结，参考资料，

原文链接：https://www.cnblogs.com/hazir/p/python_socket_programming.html