day7 socket网络编程

Python Socket网络编程

    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emali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）三元组来识别进程的，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TCP Socket网络编程，假设您已经具有初步的网络只是及Python基本语法知识。

    TCP是一种面向连接的传输层协议，TCP Socket是基于一种Client-Server的编程模型，服务器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TCP Socket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：

# Socket client example in python

import socket  # for sockets

# create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

print("客户端句柄",s)

print('Socket Created')
运行如下：
客户端句柄 <socket.socket fd=3, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('0.0.0.0', 0)>
Socket Created

    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：

    1.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）；

    2.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）。

    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：

#handling errors in python socket programs(创建socket出现异常时的处理）
import socket,sys

try:
    s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
except socket.error as msg:
    print("Failed to create socket.Error code: "+ str(msg[0]) + " ,Error message: "+ msg[1])
    sys.exit("创建失败")

else:
    print("Socket create!!")

    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，连接百度吧！！！google已经退出中国了，是连接不上的。

    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（gethostbyname：按名称获取主机IP地址）：

host = "www.google.com"
port = 80         #端口号
import socket,sys
try:
    remote_ip = socket.gethostbyname(host)
except socket.gaierror as i:
    print("Hostname could not be resolved.Exiting")
    sys.exit("获取IP地址失败，退出")

print("Ip address of " + host + " is " + remote_ip)
运行结果如下：
Ip address of www.google.com is 93.46.8.89

    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服务器的默认端口）：

    s.connect((remote_ip,port)) #连接服务器，IP地址、端口号放在一个元素中

    print("Socket Connect to " + host + " on ip " + remote_ip)

    要想实现连接，只需要指明IP地址和端口号即可，使用s.connect((remote_ip,port))。

    运行该程序：

#handling errors in python socket programs(创建socket出现异常时的处理）
import socket,sys

try:
    s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
except socket.error as msg:
    print("Failed to create socket.Error code: "+ str(msg[0]) + " ,Error message: "+ msg[1])
    sys.exit("创建失败")

else:
    print("Socket create!!")

host = "www.baidu.com"
port = 80         #端口号

try:
    remote_ip = socket.gethostbyname(host)
except socket.gaierror as i:
    print("Hostname could not be resolved.Exiting")
    sys.exit("获取IP地址失败，退出")

print("Ip address of " + host + " is " + remote_ip)

s.connect((remote_ip,port))    #连接服务器，IP地址、端口号放在一个元素中
print("Socket Connect to " + host + " on ip " + remote_ip)

    运行结果如下：

    Socket create!!
　　Ip address of www.baidu.com is 183.232.231.172            #百度网址的IP地址
　　Socket Connect to www.baidu.com on ip 183.232.231.172     #socket已经连接到百度上去了

    发送数据

    上面说明连接到www.baidu.com已经成功了，接下来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 ，这是一个HTTP请求网页内容的命令。 

message = "GET / HTTP/1.1

"    # Send some data to remote server发送数据给客户端
try:
    s.sendall(message.encode("utf-8"))    #Set the whole string
except socket.error:
    print("Send failed!!!")
    sys.exit()
print("Message send successfully")

    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：

    reply = s.recv(4096)

    print(reply)

    一起运行的结果如下：

#handling errors in python socket programs(创建socket出现异常时的处理）
import socket,sys

try:
    s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
except socket.error as msg:
    print("Failed to create socket.Error code: "+ str(msg[0]) + " ,Error message: "+ msg[1])
    sys.exit("创建失败")

else:
    print("Socket create!!")

host = "www.baidu.com"
port = 80         #端口号

try:
    remote_ip = socket.gethostbyname(host)
except socket.gaierror as i:
    print("Hostname could not be resolved.Exiting")
    sys.exit("获取IP地址失败，退出")

print("Ip address of " + host + " is " + remote_ip)

s.connect((remote_ip,port))    #连接服务器，IP地址、端口号放在一个元素中
print("Socket Connect to " + host + " on ip " + remote_ip)

message = "GET / HTTP/1.1

"    # Send some data to remote server发送数据给客户端
try:
    s.sendall(message.encode("utf-8"))    #Set the whole string
except socket.error:
    print("Send failed!!!")
    sys.exit()
print("Message send successfully")

reply = s.recv(4096)
print(reply)

    运行结果如下：

Socket create!!
Ip address of www.baidu.com is 183.232.231.172
Socket Connect to www.baidu.com on ip 183.232.231.172
Message send successfully
b'HTTP/1.1 302 Moved Temporarily
Date: Sun, 30 Jul 2017 10:34:26 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 215
Connection: Keep-Alive
Location: http://www.baidu.com/search/error.html
Server: BWS/1.1
X-UA-Compatible: IE=Edge,chrome=1
BDPAGETYPE: 3
Set-Cookie: BDSVRTM=0; path=/

<html>
<head><title>302 Found</title></head>
<body bgcolor="white">
<center><h1>302 Found</h1></center>
<hr><center>pr-nginx_1-0-347_BRANCH Branch
Time : Thu Jul 27 12:28:21 CST 2017</center>
</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：

    1.创建socket；

    2.连接到远程服务器；

    3.发送数据；

    4.接收数据；

    5.关闭socket

    当我们打开www.baidu.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.baidu.com是服务器，您的浏览器是客户端，或者更准确地说，www.baidu.com是HTTP服务器，您的浏览器是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何使用socket了。

    http://www.cnblogs.com/hazir/p/python_socket_programming.html

服务器端编程

服务器端主要做一下工作：

    1.打开socket；

    2.绑定到特定的地址以及端口上；

    3.监听连接；

    4.建立连接；

    5.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：   

import socket
import sys
Host = ""                    #Ip地址
Port = 8888                  #端口号
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)     #建立连接
print("Socket created")
try:
    s.bind((Host,Port))                                  #绑定socket
except socket.error as msg:
    print("Band failed.Error Code： " + str(msg[0]) + "Message " + msg[1])
print("Socket bind complete")

    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)                          #建立监听，监听是否有客户端发送请求
　　print("socket now listening")     

    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。

    接收数据

    当有客户端向服务器发送连接请求时，服务器会接收连接：

    #等待接收一个连接
　　conn,addr = s.accept()
　　print(addr)
　　print("Connected with " + addr[0] + ":" + str(addr[1]))
    运行该程序，输出结果如下：

    Socket created
　　Socket bind complete
　　socket now listening

    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telnet localhost 8888：

    zhuzhu@zhuzhu-K53SJ:~$ telnet localhost 8888
　　Trying 127.0.0.1...
　　Connected to localhost.
　　Escape character is '^]'.
　　Connection closed by foreign host.

    这时服务端输出会显示：

    Socket created
　　Socket bind complete
　　socket now listening
　　('127.0.0.1', 34092)
　　Connected with 127.0.0.1:34092

    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：

#!/usr/bin/env python
import socket
import sys
Host = ""
Port = 8888
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
print("Socket created")
try:
    s.bind((Host,Port))
except socket.error as msg:
    print("Band failed.Error Code： " + str(msg[0]) + "Message " + msg[1])
print("Socket bind complete")

s.listen(10)
print("socket now listening")

#等待接收一个连接
conn,addr = s.accept()
print(addr)
print("Connected with " + addr[0] + ":" + str(addr[1]))

data = 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，您会看到：

    zhuzhu@zhuzhu-K53SJ:~$ telnet localhost 8888       #输入
　　Trying 127.0.0.1...
　　Connected to localhost.
　　Escape character is '^]'.
　　hello                     #发送消息
　　hello                     #接收消息
　　Connection closed by foreign host.

    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：

#!/usr/bin/env python
import socket
import sys
Host = ""
Port = 8888
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
print("Socket created")
try:
    s.bind((Host,Port))
except socket.error as msg:
    print("Band failed.Error Code： " + str(msg[0]) + "Message " + msg[1])
print("Socket bind complete")

s.listen(10)
print("socket now listening")

#等待接收一个连接
while True:
    conn,addr = s.accept()
    print(addr)
    print("Connected with " + addr[0] + ":" + str(addr[1]))

    data = conn.recv(1024)
    if not data:      #如果接收的数据为空，就退出
        break
    conn.sendall(data)

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talnet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。

    确实，上面代码执行一次就中断了，输入就没有返回值了，如下：

    zhuzhu@zhuzhu-K53SJ:~$ telnet localhost 8888
　　Trying 127.0.0.1...
　　Connected to localhost.
　　Escape character is '^]'.
　　1
　　1        #上述代码就返回了1，后面输入的都没有返回
　　2
　　3
　　4

    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。

#!/usr/bin/env python
import socket
import sys
from _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 as msg:
    print("Band failed.Error Code： " + str(msg[0]) + "Message " + msg[1])
print("Socket bind complete")

s.listen(10)
print("socket now listening")

def clientthread(conn):
    '''向客户端发送连接'''
    #conn.send("Welcome to the server.Type something and hit enter
".encode("utf-8"))
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        if not data:
            break
        conn.sendall(data)
    conn.close()

#等待接收一个连接
while True:
    conn,addr = s.accept()
    print(addr)
    print("Connected with " + addr[0] + ":" + str(addr[1]))

    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：

    zhuzhu@zhuzhu-K53SJ:~$ telnet localhost 8888
　　Trying 127.0.0.1...
　　Connected to localhost.
　　Escape character is '^]'.
　　agdfsa
　　agdfsa
　　adsgadgf
　　adsgadgf
　　fgdas
　　fgdas
　　gda
　　gda
　　dfg
　　dfg
　　adg
　　adg
    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：

    Socket created
　　Socket bind complete
　　socket now listening
　　('127.0.0.1', 55338)
　　Connected with 127.0.0.1:55338
　　('127.0.0.1', 55340)
　　Connected with 127.0.0.1:55340
　　('127.0.0.1', 55342)
　　Connected with 127.0.0.1:55342

    总结

    到目前为止，我们学习了Python下基本的socket编程。