Python 网络编程

Python 提供了两个级别访问的网络服务。：

低级别的网络服务支持基本的 Socket，它提供了标准的 BSD Sockets API，可以访问底层操作系统 Socket 接口的全部方法。
高级别的网络服务模块 SocketServer，它提供了服务器中心类，可以简化网络服务器的开发。

互联网上的服务，最底层都是基于 tcp/ip 协议封装，根据是要场景主要分为两种类型：C/S 架构、B/S 架构。

C/S 架构：c/s 架构 主要是指一个客户端（client）、一个服务器（server），像手机 app、电脑程序都是这种。需要服务器提供服务的应用，都是这种架构。

如果使用 python 进行网络编程，一般需要写两个 py 文件，一个服务器、一个客户端，才能实现数据通信。

B/S 架构：

b/s 架构 主要是指一个浏览器（browser）、一个服务器（server），使用浏览器打开的应用程序都是这种。

提示

c/s 架构：客户端（手机应用、电脑应用、需要服务器提供服务的应用）/ 服务器

b/s 架构：浏览器 / 服务器。（这种架构的优点是不需要开发自己的客户端）

服务器有时候指代很多东西：服务器（提供服务）、web服务器（专门返回网页）、腾讯云服务器（部署写好的服务程序物理设备）

Socket 模块

python 网络编程的主要使用模块为 socket 模块。使用socket(family, type[,protocal]) 使用给定的套接族，套接字类型，协议编号（默认为0）就可以创建套接字

family：协议版本
protocal：通信协议

socket 类型	描述
`socket.AF_UNIX`	用于同一台机器上的进程通信（既本机通信）
`socket.AF_INET`	用于服务器与服务器之间的网络通信
`socket.AF_INET6`	基于 `IPV6` 方式的服务器与服务器之间的网络通信
`socket.SOCK_STREAM`	基于TCP的流式socket通信
`socket.SOCK_DGRAM`	基于 `UDP` 的数据报式 socket 通信
`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；此外，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_SEQPACKET`	可靠的连续数据包服务

想要进行通信，就需要创建 socket 对象。

创建 TCP Socket ：

python

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

创建 UDP Socket ：

python

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

注意

TCP 发送数据时，已建立好 TCP 链接，所以不需要指定地址，而 UDP 是面向无连接的，每次发送都需要指定发送给谁。
服务器与客户端不能直接发送列表，元素，字典等带有数据类型的格式，发送的内容必须是字符串数据。

创建 socket 对象之后，可以使用 socket 的函数进一步将其设置为客户端或者是服务器。

服务器端 Socket 函数

用于创建服务器对象的函数

Socket 函数	描述
`s.bind(address)`	将套接字绑定到地址，在 `AF_INET` 下，以 `tuple(host, port)` 的方式传入，如`s.bind((host, port))`
`s.listen(backlog)`	开始监听 TCP 传入连接，backlog 指定在拒绝链接前，操作系统可以挂起的最大连接数，该值最少为 1 ，大部分应用程序设为5就够用了
`s.accept()`	接受 TCP 链接并返回（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 是链接客户端的地址。

客户端 Socket 函数

用于创建客户端的服务器

Socket 函数	描述
`s.connect(address)`	链接到 address 处的套接字，一般 address 的格式为 `tuple(host, port)`，如果链接出错，则返回 `socket.error` 错误
`s.connect_ex(address)`	功能与 `s.connect(address)` 相同，但成功返回0，失败返回 `errno` 的值

公共 Socket 函数

客户端、服务器都可以使用的公共函数，一般是用于获取通信对象的属性、收发数据。

Socket 函数	描述
`s.recv(bufsize[, flag])`	接受 `TCP` 套接字的数据，数据以字符串形式返回，`buffsize` 指定要接受的最大数据量，`flag` 提供有关消息的其他信息，通常可以忽略
`s.send(string[, flag])`	发送 `TCP` 数据，将字符串中的数据发送到链接的套接字，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
`s.sendall(string[, flag])`	完整发送 `TCP` 数据，将字符串中的数据发送到链接的套接字，但在返回之前尝试发送所有数据。成功返回 `None`，失败则抛出异常
`s.recvfrom(bufsize[, flag])`	接受 `UDP` 套接字的数据，与 `recv()` 类似，但返回值是 `tuple(data, address)`。其中 `data` 是包含接受数据的字符串，`address` 是发送数据的套接字地址
`s.sendto(string[, flag], address)`	发送 `UDP` 数据，将数据发送到套接字，`address` 形式为 `tuple(ipaddr, port)` ，指定远程地址发送，返回值是发送的字节数
`s.close()`	关闭套接字
`s.getpeername()`	返回套接字的远程地址，返回值通常是一个 `tuple(ipaddr, port)`
`s.getsockname()`	返回套接字自己的地址，返回值通常是一个 `tuple(ipaddr, port)`
`s.setsockopt(level, optname, value)`	设置给定套接字选项的值
`s.getsockopt(level, optname[, buflen])`	返回套接字选项的值
`s.settimeout(timeout)`	设置套接字操作的超时时间，`timeout` 是一个浮点数，单位是秒，值为 `None` 则表示永远不会超时。一般超时期应在刚创建套接字时设置，因为他们可能用于连接的操作，如 `s.connect()`
`s.gettimeout()`	返回当前超时值，单位是秒，如果没有设置超时则返回None
`s.fileno()`	返回套接字的文件描述
`s.setblocking(flag)`	如果 flag 为 0，则将套接字设置为非阻塞模式，否则将套接字设置为阻塞模式（默认值）。非阻塞模式下，如果调用 `recv()` 没有发现任何数据，或 `send()` 调用无法立即发送数据，那么将引起 `socket.error` 异常。
`s.makefile()`	创建一个与该套接字相关的文件

Socket 编程思想

socket 通信流程

socket 是 "打开—读/写—关闭" 模式的实现，以使用 TCP 协议通讯的 socket 为例，其交互流程大概是这样子的

assets

服务器根据地址类型（ipv4,ipv6）、socket类型、协议创建socket
服务器为socket绑定ip地址和端口号
服务器socket监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接，这时候服务器的socket并没有被打开
客户端创建socket
客户端打开socket，根据服务器ip地址和端口号试图连接服务器socket
服务器socket接收到客户端socket请求，被动打开，开始接收客户端请求，直到客户端返回连接信息。这时候socket进入阻塞状态，所谓阻塞即accept()方法一直到客户端返回连接信息后才返回，开始接收下一个客户端谅解请求
客户端连接成功，向服务器发送连接状态信息
服务器accept方法返回，连接成功
客户端向socket写入信息
服务器读取信息
客户端关闭
服务器端关闭

注意

生活中的电话机

如果想让别人能更够打通咱们的电话获取相应服务的话，需要做以下几件事情：

买个手机
插上手机卡
设计手机为正常接听状态（即能够响铃）
静静的等着别人拨打

如同上面的电话机过程一样，在程序中，如果想要完成一个tcp服务器的功能，需要的流程如下：

socket 创建一个套接字
bind 绑定 ip 和 port
listen 使套接字变为可以被动链接
accept 等待客户端的链接
recv/send 接收发送数据

TCP 服务器

1、创建套接字，绑定套接字到本地 ip 与端口

python

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('127.0.0.1', 7788))

函数 socket.socket 创建一个 socket，该函数带有两个参数：

Address Family：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）,实际工作中常用 AF_INET
Type：套接字类型，可以是 SOCK_STREAM（流式套接字，主要用于 TCP 协议）或者 SOCK_DGRAM（数据报套接字，主要用于 UDP 协议）

2、开始监听链接

python

s.listen()

3、进入循环，不断接受客户端的链接请求

python

while True:
    conn, addr = s.accept()

4、接收客户端传来的数据，并且发送给对方发送数据

python

data = s.recv()
s.send('hello world !'.encode())

5、传输完毕后，关闭套接字

python

s.close()

TCP 服务器完整代码

import socket

# 创建socket
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 本地信息
address = ('127.0.0.1', 7788)

# 绑定
tcp_server_socket.bind(address)

# 使用socket创建的套接字默认的属性是主动的，使用listen将其变为被动的，这样就可以接收别人的链接了
tcp_server_socket.listen(128)

# 如果有新的客户端来链接服务器，那么就产生一个新的套接字专门为这个客户端服务
# client_socket用来为这个客户端服务
# tcp_server_socket就可以省下来专门等待其他新客户端的链接
client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()

# 接收对方发送过来的数据
recv_data = client_socket.recv(1024)  # 接收1024个字节
print('接收到的数据为:', recv_data.decode('utf-8'))

# 发送一些数据到客户端
client_socket.send("thank you !".encode('utf-8'))

# 关闭为这个客户端服务的套接字，只要关闭了，就意味着为不能再为这个客户端服务了，如果还需要服务，只能再次重新连接
client_socket.close()

TCP 客户端

所谓的服务器端：就是提供服务的一方，而客户端，就是需要被服务的一方

tcp 客户端构建流程

1、创建套接字并链接至远端地址

python

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('127.0.0.1', 7788))

2、链接后发送数据和接收数据

python

s.send('hello world !')
data = s.recv()

3、传输完毕后，关闭套接字

python

s.close()

TCP客户端完整代码

import socket

# 创建socket
tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 目的信息
server_ip = input("请输入服务器ip:")
server_port = int(input("请输入服务器port:"))

# 链接服务器
tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))

# 提示用户输入数据
send_data = input("请输入要发送的数据：")

tcp_client_socket.send(send_data.encode("utf-8"))

# 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节
recvData = tcp_client_socket.recv(1024)
print('接收到的数据为:', recvData.decode('utf-8'))

# 关闭套接字
tcp_client_socket.close()

运行之后

python

请输入服务器ip: 127.0.0.1
请输入服务器port: 7788
请输入要发送的数据：你好啊
接收到的数据为: 我很好，你呢

循环收发数据

服务接循环收数据

# 服务器循环接收数据
import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 7788

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((HOST, PORT))
s.listen(5)

print('服务器已经开启在: %s:%s' % (HOST, PORT))
print('等待客户端连接...')

conn, addr = s.accept()
print('客户端已经连接： ', addr)

while True:
    data = conn.recv(1024)
    print(data)

    if data == '拜拜':
        conn.send('over')
        conn.close()
        break

    conn.send("服务器已经收到你的信息")

conn.close()

客户端循环发送数据

# 客户端循环发送数据
import socket

HOST = '127.0.0.1'
PORT = 7788

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST, PORT))

while True:
    cmd = input("请输入需要发送的信息:")
    s.send(cmd)
    data = s.recv(1024)
    print(data)
    if data.decode('utf-8') == 'over':
        break

s.close()

案例：零食销售系统

商品数据

python

goods = {
    '瓜子': 4.5,
    '西瓜': 2,
    '矿泉水': 2.5,
}

请编写客户端与服务器，实现下面的逻辑。

>>> 【服务器】目前商店还有：瓜子（2.5），西瓜（2）,矿泉水。请问您需要什么？
>>> 【客户端】红牛
>>> 【服务器】抱歉，您购买的商品目前没有，请选购其他的。
>>> 【客户端】西瓜
>>> 【服务器】购买成功，余额 -2
>>> 【客户端】拜拜
>>> 【客户端】欢迎下次光临

参考答案

import socket

goods = {
    '瓜子': 4.5,
    '西瓜': 2,
    '矿泉水': 2.5,
}

tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(('0.0.0.0', 9999))
tcp_server.listen(124)
tcp_client, tcp_client_addr = tcp_server.accept()

tcp_client.send('目前商店还有：瓜子（2.5），西瓜（2）,矿泉水（2.5）。请问您需要什么？'.encode('gbk'))

while True:
    recv_data = tcp_client.recv(1024)  # 一次性最大接收 1024 字节的字符串
    good = recv_data.decode('gbk')

    if good == '拜拜':
        tcp_client.send('欢迎下次光临'.encode('gbk'))
        break
    if good in goods.keys():
        price = goods.get(good)
        tcp_client.send(f'购买成功，余额 -{price}'.encode('gbk'))
    else:
        tcp_client.send('抱歉，您购买的商品目前没有，请选购其他的。'.encode('gbk'))

tcp_client.close()
tcp_server.close()

请问如果同时有多个顾客上门，现在的服务器是否能够支持呢？

TCP 总结

TCP 协议，传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol，缩写为 TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的 RFC 793 定义。

TCP 通信需要经过 创建连接、数据传送、终止连接 三个步骤。

TCP 通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，"打电话"

TCP 注意点

tcp 服务器一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
tcp 客户端一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip、port等信息就好，本地客户端可以随机
tcp 服务器中通过 listen 可以将 socket 创建出来的主动套接字变为被动的，这是做 tcp 服务器时必须要做的
当客户端需要链接服务器时，就需要使用 connect 进行链接，udp 是不需要链接的而是直接发送，但是 tcp 必须先链接，只有链接成功才能通信
当一个 tcp 客户端连接服务器时，服务器端会有 1 个新的套接字，这个套接字用来标记这个客户端，单独为这个客户端服务
listen 后的套接字是被动套接字，用来接收新的客户端的链接请求的，而 accept 返回的新套接字是标记这个新客户端的
关闭 listen 后的套接字意味着被动套接字关闭了，会导致新的客户端不能够链接服务器，但是之前已经链接成功的客户端正常通信。
关闭 accept 返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕
当客户端的套接字调用 close 后，服务器端会 recv 解堵塞，并且返回的长度为 0 ，因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线

TCP 特点

面向连接

通信双方必须先建立连接
双方间的数据传输都可以通过一个连接进行
完成数据交换后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。

这种连接是一对一的，因此 TCP 不适用于广播的应用程序，基于广播的应用程序请使用 UDP 协议。

附录：网络调试助手

socket 协议只要符合规范，就能够与任意的编程语言进行通信。接下来我们来演示 python 如何与网络调试助手进行通信。

提示

网络调试助手下载地址：点击下载

mac 版网络调试工具：点击下载

网络调试助手 windows 系统下默认编码为 gbk

Python 网络编程 ​

Socket 模块 ​

服务器端 Socket 函数 ​

客户端 Socket 函数 ​

公共 Socket 函数 ​

Socket 编程思想 ​

socket 通信流程 ​

TCP 服务器 ​

TCP 客户端 ​

循环收发数据 ​

案例：零食销售系统 ​

TCP 总结 ​

TCP 注意点 ​

TCP 特点 ​

附录：网络调试助手 ​

Python 网络编程

Socket 模块

服务器端 Socket 函数

客户端 Socket 函数

公共 Socket 函数

Socket 编程思想

socket 通信流程

TCP 服务器

TCP 客户端

循环收发数据

案例：零食销售系统

TCP 总结

TCP 注意点

TCP 特点

附录：网络调试助手