python实现tcp协议,Python网络通信

　　在我们的日常生活和工作中，经常会接触到网络传播的内容。无论你是普通用户，还是通信行业的开发者，都无法避免与网络通信打交道。在我最初学习python的过程中，总结了python的网络通信问题，所以写了这篇文章作为记录，希望能给其他初学者一些指导和启发。本文的主要内容如下：

　　1.在深入讲解之前，先介绍一些背景信息；

　　2.引入套接字的概念；

　　3.展示如何使用Python实现简单的web应用程序。

　　客户端/服务器架构(C/S架构)什么是客户端/服务器架构？一般来说，特定对象和客户机或服务器之间没有严格的区别。区分的标准是在网络通信过程中，对象的行为模式决定了它是客户端还是服务器。

　　服务器：为一个或多个客户机(用户)提供所需“服务”的一系列硬件或软件。工作流可以简单概括为：等待一个请求，响应并提供服务，等待下一个请求。

　　客户端：为特定请求联系服务器、接收服务和处理相关事务的一方。客户端可以继续向服务器发送请求，也可以在事务请求完成后停止发送请求。

　　互联网上典型的C/S架构的通信端点和套接字，在服务器请求对应的客户端之前，需要做一系列的准备工作。首先，你需要创建一个通信端点，通过它服务器可以监听客户端的请求(当然，在实际的网络通信中，会使用不同类型的通信端点来处理不同类型的消息，从而进行区分)。

　　在网络通信中，一个常用的通信端点是套接字。在通信开始之前，网络应用程序需要创建套接字。

　　插座的分类。基于文件的套接字

　　UNIX是我们说的第一个套接字家族，有一个“家族名”:AF_UNIX(也称为AF_LOCAL，在POSIX1.g标准中指定)，代表地址家族):UNIX。

　　大多数流行的平台，包括Python，都使用地址族这个术语及其缩写AF；其他较旧的系统可能将地址族表示为域或协议族，并使用其缩写PF而不是AF。同样，AF _ LOCAL(2000年到2001年标准化)将取代AF_UNIX。但是，考虑到向后兼容性，许多系统同时使用这两者，但是对同一个常量使用不同的别名。Python本身还在用AF_UNIX。

　　2.面向网络的套接字

　　它也有自己的姓AF_INET，或者地址family: Internet。另一个地址系列AF_INET6用于IPv6寻址。(还有其他的地址族，要么专业，要么过时，要么很少用，要么还没实现。在所有的地址族中，AF_INET是目前使用最广泛的。

　　一般来说，Python只支持AF_UNIX、AF_NETLINK、AF_TIPC和AF_INET家族。在下面的内容中，我们将使用AF_INET。

　　Socket地址：Host-Port Pair就像我们在现实生活中打电话一样，socket通信需要一些标记来作为识别功能。当我们打电话时，通过区号和电话号码的组合，我们可以找到我们想要呼叫的用户；在套接字通信中，我们通过主机-端口对找到通信对象。

　　众所周知，通过url或ip地址，我们可以在互联网中找到特定的主机。在每台主机中，不同的端口号将用于不同的通信目的。只要确定了主机和端口号，就可以在网络中唯一确定一个“通信端点”，即找到要通信的套接字的地址。

　　需要注意的是，有效端口号范围为0 ~ 65535(小于1024的端口号为系统预留)。一般来说，我们可以根据实际需要使用其他端口号。

　　面向连接的套接字和无连接的套接字1。面向连接的套接字(TCP)

　　也称为虚拟电路或流式套接字。提供主要是序列化的、可靠的、不重复的数据，可以将消息拆分成多个片段，保证每个片段顺利到达目的地，然后将它们按顺序组合，最后将完整的消息交付给等待的应用程序。

　　实现的主要协议是传输控制协议(TCP)。创建TCP套接字时，必须使用SOCK_STREAM作为套接字类型。

　　2.无连接套接字(UDP)

　　也称为数据报类型套接字。在传输过程中，其顺序性、可靠性和可重复性无法得到保证。事实上，发送的消息可能不会到达末尾，也可能有重复的消息。

　　我们继续使用数据报的原因与面向连接的套接字有关。因为维护TCP连接需要大量的开销，所以发送数据报可以确保成本更低，所以它通常提供更好的性能，并且可能更适合某些类型的应用程序。

　　实现的主要协议是用户数据报协议(UDP)。要创建UDP套接字，必须使用SOCK_DGRAM作为套接字类型。

　　网络编程socket()模块函数在Python中创建一个socket，必须使用socket.socket()函数，其一般语法如下：

　　套接字(套接字系列，套接字类型，协议=0)

　　其中socket_family为AF_UNIX或AF_INET，socket_type为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，协议通常省略，默认值为0。

　　在python编程中，我们首先在文件的开头引用所需的模块。在这里，我们使用“从套接字导入*”。通过这样的引用，我们可以如下直接创建一个套接字：

　　tcpSock=socket(AF_INET，SOCK _ STREAM)UDP SOCK=socket(AF _ INET，SOCK_DGRAM)

　　成功创建socket后，我们可以调用socket对象的内置方法进行其他操作。详见python的文档。

　　TCP 1。创建TCP服务器

　　下面是一个TCP服务器程序，它接受客户端发送的字符串，给它加上时间戳，然后将其返回给客户端。事不宜迟，先贴出代码：

　　TCP时间戳服务器第1 ~ 4行：

　　声明运行环境，导入socket模块和time.ctime()。

　　第6 ~ 10行：

　　指定主机地址、工作端口号和接收缓存的长度。和主机端口一起构成了ADDR，它反映了上面提到的“主机端口对”。服务器的主机是空的，这意味着它可以使用任何可用的地址。

　　第12 ~ 14行：

　　创建一个套接字，将套接字绑定到服务器地址，并启动TCP监控。

　　第16 ~ 32行：

　　进入服务器的无限循环，等待接收客户端的连接。在第18行中，我们通过accept()获得了客户端的tcpCliSock和addr，因此我们可以使用这个tcpCliSock来专门处理客户端的事务(从而将其与其他请求客户端区分开来)。在第22行，使用recv()接收消息。如果消息为空，则跳出循环，关闭当前客户端的连接，然后继续等待连接；如果没有，解析消息，添加时间戳，重新编码成ASCII字节，通过send()发送回客户端。在这个程序中，第32行不会被执行，只是用来提醒程序员在使用这个程序时，一定要考虑合理科学的退出方法，正确调用close()方法。

　　这里需要强调的是，由于python的编码问题，我们的消息只有在主机端解码(如decode())后才能正确显示，只有在编码(如encode()、bytes())后才能发送到网络端。无论是在服务器还是在客户端，我们都需要考虑这种情况。

　　2.创建TCP客户端

　　创建客户机比创建服务器简单得多。与客户机服务器建立连接，向服务器发送一个字符串，从服务器接收带有时间戳的消息并打印出来。发送一个空字符串来关闭套接字并退出此连接。代码示例如下：

　　TCP时间戳客户端行1 ~ 3:

　　声明运行环境并导入socket模块。

　　第5 ~ 9行：

　　指定主机地址、工作端口号和接收缓存的长度。和主机端口一起构成了ADDR，它反映了上面提到的“主机端口对”。这里主机是服务器所在主机的地址。因为我在本地进行了通信测试，所以地址被设置为127.0.0.1(localhost)。在实际的网络沟通中，根据具体情况进行相应的修改。客户端填充的端口必须对应服务器填充的端口，才能正常通信。

　　第11 ~ 12行：

　　创建一个套接字，主动调用它并通过connect()连接到服务器。

　　第14 ~ 25行：

　　无限循环：客户端填写要发送的消息，发送后等待接收服务器的回复，收到结果后打印结果。当客户端输入的内容为空，或者服务器断开连接，客户端接收失败时，退出循环，调用close()函数关闭客户端的套接字。

　　同样，在发送消息之前，我们需要对数据进行编码，接收到的结果也需要解码后才能正常显示。如果我们想把代码改成对应的ipv6形式，只需要把HOST改成“:1”，sock_family改成AF_INET6。

　　UDP通信1。创建UDP服务器

　　UDP服务器的功能和TCP基本相同。主要区别在于UDP服务器不是面向连接的，所以它只需要等待客户端的请求并回复消息。不需要将成功连接的客户端“转换”到独立的套接字。示例代码如下：

　　UDP服务器第1 ~ 4行：

　　声明运行环境，导入socket模块和time.ctime()。

　　第6 ~ 10行：

　　与TCP相同，指定主机地址、工作端口号和接收缓存长度。和主机端口一起构成了ADDR，它反映了上面提到的“主机端口对”。服务器的主机是127.0.0.1，这意味着它使用本地主机地址。

　　第12 ~ 13行：

　　创建一个socket，将socket绑定到服务器地址，绑定后直接等待接收，无需监控。

　　第15 ~ 24行：

　　进入服务器的无限循环，等待接收客户端的连接。第17行使用recvfrom()接收消息，同时获取通信客户端的地址对信息。然后解析消息，添加时间戳，重新编码成ASCII字节，通过sendto()发送回客户端。此时，因为服务器不保持与客户端的连接，所以需要指定要发送的地址对信息。同样，在这个程序中，第24行也不会被执行。只是用来提醒程序员在使用这个程序时，一定要考虑合理科学的退出方法，正确调用close()方法。

　　2.创建UDP客户端

　　原理很简单。上面提到了，就不详细解释了。直接粘贴代码：

　　UDP客户端关于服务器退出的问题。最后提到下面这个关于服务器出口的问题。在开发中，相对友好的退出方式是将服务器的while部分放在try-except try子句中，并监控EOFError和KeyboardInterrupt异常，这样服务器的套接字就可以在except或finally子句中关闭。

　　参考文献：《Python核心编程（第三版）》【美】卫斯理春著，敏感的鸵鸟、李斌、mdhb译。

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