Python网络编程

• 客户端/服务器架构

  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。

  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。

  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。

• Python中的网络编程

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

服务器套接字方法

客户端套接字方法

普通的套接字方法

面向阻塞的套接字方法

面向文件的套接字方法

• 创建TCP服务器与客户端

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
>

• 创建UDP客户端与服务器

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模块

  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 |

  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。

  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
>