Python學習之網路程式設計

stonezhu發表於2019-03-01
Python程式設計

Python學習目錄

  1. 在Mac下使用Python3
  2. Python學習之資料型別
  3. Python學習之函式
  4. Python學習之高階特性
  5. Python學習之函數語言程式設計
  6. Python學習之模組
  7. Python學習之物件導向程式設計
  8. Python學習之物件導向高階程式設計
  9. Python學習之錯誤除錯和測試
  10. Python學習之IO程式設計
  11. Python學習之程式和執行緒
  12. Python學習之正則
  13. Python學習之常用模組
  14. Python學習之網路程式設計

網際網路的實現，分成好幾層。每一層都有自己的功能，就像建築物一樣，每一層都靠下一層支援。如何分層有不同的模型，有的模型分七層，有的分四層。我覺得，把網際網路分成五層，比較容易解釋。最底下的一層叫做"實體層"（Physical Layer），最上面的一層叫做"應用層"（Application Layer），中間的三層（自下而上）分別是"連結層"（Link Layer）、"網路層"（Network Layer）和"傳輸層"（Transport Layer）。越下面的層，越靠近硬體；越上面的層，越靠近使用者。

網路程式設計

TCP程式設計

Socket是網路程式設計的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“開啟了一個網路連結”，而開啟一個Socket需要知道目標計算機的IP地址和埠號，再指定協議型別即可。

客戶端

建立Socket

# 匯入socket庫:
import socket

# 建立一個socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 建立連線:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))
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建立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物件就建立成功，但是還沒有建立連線。

連線伺服器

s.connect(('www.sina.com.cn', 80))
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注意引數是一個tuple，包含地址和埠號。

傳送請求

# 傳送資料:
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')
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TCP連線建立的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發資料。但是誰先發誰後發，怎麼協調，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請求給伺服器，伺服器收到後才發資料給客戶端。

接收資料

# 接收資料:
buffer = []
while True:
    # 每次最多接收1k位元組:
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = b''.join(buffer)
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關閉Socket

# 接收資料:
buffer = []
while True:
    # 每次最多接收1k位元組:
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = b''.join(buffer)
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伺服器

建立Socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
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建立一個基於IPv4和TCP協議的Socket。

繫結監聽的地址和埠

# 監聽埠:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
s.listen(5)
print('Waiting for connection...')
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listen()方法傳入的引數指定等待連線的最大數量。

接受客戶端連線

while True:
    # 接受一個新連線:
    sock, addr = s.accept()
    # 建立新執行緒來處理TCP連線:
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()
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每個連線都必須建立新執行緒（或程式）來處理，否則，單執行緒在處理連線的過程中，無法接受其他客戶端的連線：

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')).encode('utf-8'))
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)
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UDP程式設計

TCP是建立可靠連線，並且通訊雙方都可以以流的形式傳送資料。相對TCP，UDP則是面向無連線的協議。

使用UDP協議時，不需要建立連線，只需要知道對方的IP地址和埠號，就可以直接發資料包。但是，能不能到達就不知道了。

雖然用UDP傳輸資料不可靠，但它的優點是和TCP比，速度快，對於不要求可靠到達的資料，就可以使用UDP協議。

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 繫結埠:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
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建立Socket時，SOCK_DGRAM指定了這個Socket的型別是UDP。繫結埠和TCP一樣，但是不需要呼叫listen()方法，而是直接接收來自任何客戶端的資料：

print('Bind UDP on 9999...')
while True:
    # 接收資料:
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print('Received from %s:%s.' % addr)
    s.sendto(b'Hello, %s!' % data, addr)
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recvfrom()方法返回資料和客戶端的地址與埠，這樣，伺服器收到資料後，直接呼叫sendto()就可以把資料用UDP發給客戶端。

注意這裡省掉了多執行緒，因為這個例子很簡單。

客戶端使用UDP時，首先仍然建立基於UDP的Socket，然後，不需要呼叫connect()，直接通過sendto()給伺服器發資料：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 傳送資料:
    s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))
    # 接收資料:
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()
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從伺服器接收資料仍然呼叫recv()方法。

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