Python Socket 網絡編程

2022-01-10 python

 

TCP 是一種面向連接的傳輸層協議，TCP Socket 是基於一種 Client-Server 的編程模型，服務端監聽客戶端的連接請求，一旦建立連接即可以進行傳輸數據。那麼對 TCP Socket 編程的介紹也分為客戶端和服務端：

客戶端編程創建 socket

首先要創建 socket，用 Python 中 socket 模塊的函數 socket 就可以完成：

 import socket   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) print 'Socket Created'

函數 socket.socket 創建一個 socket，返回該 socket 的描述符，將在後面相關函數中使用。該函數帶有兩個參數：

註：由於本文主要概述一下 Python Socket 編程的過程，因此不會對相關函數參數、返回值進行詳細介紹，需要了解的可以查看相關手冊

錯誤處理

如果創建 socket 函數失敗，會拋出一個 socket.error 的異常，需要捕獲：

 import socket  import sys   try:        s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)except socket.error, msg:    print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]    sys.exit(); print 'Socket Created'

那麼到目前為止已成功創建了 socket，接下來我們將用這個 socket 來連接某個伺服器，就連 www.google.com 吧。

連接伺服器

本文開始也提到了，socket 使用 (IP位址，協議，埠號) 來標識一個進程，那麼我們要想和伺服器進行通信，就需要知道它的 IP位址以及埠號。

獲得遠程主機的 IP 地址

Python 提供了一個簡單的函數 socket.gethostbyname 來獲得遠程主機的 IP 地址：

host = 'www.google.com'port = 80 try:    remote_ip = socket.gethostbyname( host ) except socket.gaierror:        print 'Hostname could not be resolved. Exiting'    sys.exit() print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip

現在我們知道了伺服器的 IP 地址，就可以使用連接函數 connect 連接到該 IP 的某個特定的埠上了，下面例子連接到 80 埠上（是 HTTP 服務的默認埠）：

s.connect((remote_ip , port)) print 'Socket Connected to ' + host + ' on ip ' + remote_ip

運行該程序：

$ pythonclient.pySocket createdIpofremotehostwww.google.comis 173.194.38.145Socket Connectedtowww.google.comonip 173.194.38.145

發送數據

上面說明連接到 www.google.com 已經成功了，接下面我們可以向伺服器發送一些數據，例如發送字符串 GET / HTTP/1.1rnrn ，這是一個 HTTP 請求網頁內容的命令。

message = "GET / HTTP/1.1rnrn" try :        s.sendall(message)except socket.error:        print 'Send failed'    sys.exit() print 'Message send successfully'

發送完數據之後，客戶端還需要接受伺服器的響應。

接收數據

函數 recv 可以用來接收 socket 的數據：

reply = s.recv(4096) print reply

一起運行的結果如下：

Socket createdIpofremotehostwww.google.comis 173.194.38.145Socket Connectedtowww.google.comonip 173.194.38.145MessagesendsuccessfullyHTTP/1.1 302 FoundCache-Control: privateContent-Type: text/html; charset=UTF-8Location: http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQContent-Length: 262Date: Thu, 11 Dec 2014 08:47:58 GMTServer: GFE/2.0Alternate-Protocol: 80:quic,p=0.02 <HTML><HEAD><metahttp-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8"><TITLE>302 Moved</TITLE></HEAD><BODY><H1>302 Moved</H1>Thedocumenthasmoved<A HREF="http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ">here</A>.</BODY></HTML>

關閉 socket

當我們不想再次請求伺服器數據時，可以將該 socket 關閉，結束這次通信：

s.close()

小結

上面我們學到了如何：

創建 socket

連接到遠程伺服器

發送數據

接收數據

關閉 socket

當我們打開 www.google.com 時，瀏覽器所做的就是這些，知道這些是非常有意義的。在 socket 中具有這種行為特徵的被稱為 CLIENT ，客戶端主要是連接遠程系統獲取數據。

socket 中另一種行為稱為 SERVER ，伺服器使用 socket 來接收連接以及提供數據，和客戶端正好相反。所以 www.google.com 是伺服器，你的瀏覽器是客戶端，或者更準確地說，www.google.com 是 HTTP 伺服器，你的瀏覽器是 HTTP 客戶端。

那麼上面介紹了客戶端的編程，現在輪到伺服器端如果使用 socket 了。

伺服器端編程

伺服器端主要做以下工作：

打開 socket

綁定到特定的地址以及埠上

監聽連接

建立連接

接收/發送數據

上面已經介紹了如何創建 socket 了，下面一步是綁定。

綁定 socket

函數 bind 可以用來將 socket 綁定到特定的地址和埠上，它需要一個 sockaddr_in 結構作為參數：

import socketimport sys HOST = ''  PORT = 8888  s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)print 'Socket created' try:    s.bind((HOST, PORT))except socket.error , msg:    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]    sys.exit() print 'Socket bind complete'

綁定完成之後，接下來就是監聽連接了。

監聽連接

函數 listen 可以將 socket 置於監聽模式：

s.listen(10)print 'Socket now listening'

該函數帶有一個參數稱為 backlog ，用來控制連接的個數。如果設為 10，那麼有 10 個連接正在等待處理，此時第 11 個請求過來時將會被拒絕。

接收連接

當有客戶端向伺服器發送連接請求時，伺服器會接收連接：

conn, addr = s.accept() print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])

運行該程序的，輸出結果如下：

$ pythonserver.pySocket createdSocket bindcompleteSocket nowlistening

此時，該程序在 8888 埠上等待請求的到來。不要關掉這個程序，讓它一直運行，現在客戶端可以通過該埠連接到 socket。我們用 telnet 客戶端來測試，打開一個終端，輸入 telnet localhost 8888 ：

$ telnetlocalhost 8888Trying 127.0.0.1...Connectedtolocalhost.Escapecharacteris '^]'.Connectionclosedbyforeignhost.

這時服務端輸出會顯示：

$ pythonserver.pySocket createdSocket bindcompleteSocket nowlisteningConnectedwith 127.0.0.1:59954

我們觀察到客戶端已經連接上伺服器了。在建立連接之後，我們可以用來與客戶端進行通信。下面例子演示的是，伺服器建立連接之後，接收客戶端發送來的數據，並立即將數據發送回去，下面是完整的服務端程序：

import socketimport sys HOST = ''  PORT = 8888  s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)print 'Socket created' try:    s.bind((HOST, PORT))except socket.error , msg:    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]    sys.exit() print 'Socket bind complete' s.listen(10)print 'Socket now listening' conn, addr = s.accept() print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1]) data = conn.recv(1024)conn.sendall(data) conn.close()s.close()

在一個終端中運行這個程序，打開另一個終端，使用 telnet 連接伺服器，隨便輸入字符串，你會看到：

$ telnetlocalhost 8888Trying 127.0.0.1...Connectedtolocalhost.Escapecharacteris '^]'.happyhappyConnectionclosedbyforeignhost.

客戶端（telnet）接收了伺服器的響應。

我們在完成一次響應之後伺服器立即斷開了連接，而像 www.google.com 這樣的伺服器總是一直等待接收連接的。我們需要將上面的伺服器程序改造成一直運行，最簡單的辦法是將 accept 放到一個循環中，那麼就可以一直接收連接了。

保持服務

我們可以將代碼改成這樣讓伺服器一直工作：

import socketimport sys HOST = ''  PORT = 5000  s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)print 'Socket created' try:    s.bind((HOST, PORT))except socket.error , msg:    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]    sys.exit() print 'Socket bind complete' s.listen(10)print 'Socket now listening' while 1:        conn, addr = s.accept()    print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])     data = conn.recv(1024)    reply = 'OK...' + data    if not data:         break     conn.sendall(reply) conn.close()s.close()

現在在一個終端下運行上面的伺服器程序，再開啟三個終端，分別用 telnet 去連接，如果一個終端連接之後不輸入數據其他終端是沒辦法進行連接的，而且每個終端只能服務一次就斷開連接。這從代碼上也是可以看出來的。

這顯然也不是我們想要的，我們希望多個客戶端可以隨時建立連接，而且每個客戶端可以跟伺服器進行多次通信，這該怎麼修改呢？

處理連接

為了處理每個連接，我們需要將處理的程序與主程序的接收連接分開。一種方法可以使用線程來實現，主服務程序接收連接，創建一個線程來處理該連接的通信，然後伺服器回到接收其他連接的邏輯上來。

import socketimport sysfrom thread import * HOST = ''  PORT = 8888  s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)print 'Socket created' try:    s.bind((HOST, PORT))except socket.error , msg:    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]    sys.exit() print 'Socket bind complete' s.listen(10)print 'Socket now listening' def clientthread(conn):        conn.send('Welcome to the server. Type something and hit entern')          while True:                 data = conn.recv(1024)        reply = 'OK...' + data        if not data:             break         conn.sendall(reply)         conn.close() while 1:        conn, addr = s.accept()    print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])         start_new_thread(clientthread ,(conn,)) s.close()

再次運行上面的程序，打開三個終端來與主伺服器建立 telnet 連接，這時候三個客戶端可以隨時接入，而且每個客戶端可以與主伺服器進行多次通信。

telnet 終端下可能輸出如下：

$ telnetlocalhost 8888Trying 127.0.0.1...Connectedtolocalhost.Escapecharacteris '^]'.Welcometotheserver. Type somethingand hitenterhiOK...hiasdOK...asdcvOK...cv

要結束 telnet 的連接，按下 Ctrl-] 鍵，再輸入 close 命令。

伺服器終端的輸出可能是這樣的：

$ pythonserver.pySocket createdSocket bindcompleteSocket nowlisteningConnectedwith 127.0.0.1:60730Connectedwith 127.0.0.1:60731

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