Python3 网络编程详解

概述

Python 提供了丰富的网络编程支持，包括低级别的 Socket 编程和高级别的 SocketServer 模块。本文将详细介绍如何在 Python 中使用 Socket 进行网络编程，并通过具体的代码示例来展示服务器和客户端的实现。

什么是 Socket？

Socket 又称“套接字”，是应用程序通过网络进行通信的接口。应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

Socket 编程基础

1. 创建 Socket

在 Python 中，我们使用 socket() 函数来创建套接字。语法格式如下：

socket.socket([family[, type[, proto]]])

• family：套接字家族可以是 AF_UNIX 或者 AF_INET。
• type：套接字类型可以是 SOCK_STREAM（面向连接的 TCP）或 SOCK_DGRAM（无连接的 UDP）。
• proto：一般不填，默认为 0。

2. 常用的 Socket 方法

方法	描述
s.bind(address)	绑定地址（host, port）到套接字。
s.listen(backlog)	开始 TCP 监听。backlog 指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。
s.accept()	被动接受 TCP 客户端连接，返回 (conn, address)，其中 conn 是新的套接字对象，address 是客户端地址。
s.connect(address)	主动初始化 TCP 服务器连接。
s.connect_ex(address)	connect() 函数的扩展版本，出错时返回出错码，而不是抛出异常。
s.recv(bufsize[, flags])	接收 TCP 数据，返回值是接收到的数据。
s.send(string[, flags])	发送 TCP 数据，返回值是发送的字节数。
s.sendall(string[, flags])	完整发送 TCP 数据，成功返回 None，失败抛出异常。
s.recvfrom(bufsize[, flags])	接收 UDP 数据，返回值是 (data, address)。
s.sendto(string, address)	发送 UDP 数据到指定地址。
s.close()	关闭套接字。
s.getpeername()	返回连接套接字的远程地址。
s.getsockname()	返回套接字自己的地址。
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期。
s.gettimeout()	返回当前超时期的值。
s.fileno()	返回套接字的文件描述符。
s.setblocking(flag)	设置套接字为阻塞或非阻塞模式。
s.makefile()	创建一个与该套接字相关联的文件对象。

简单实例

1. 服务端

服务端代码如下：

#!/usr/bin/python3
# 文件名：server.py

# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys

# 创建 socket 对象
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

# 设置端口号
port = 9999

# 绑定端口号
serversocket.bind((host, port))

# 设置最大连接数，超过后排队
serversocket.listen(5)

while True:
    # 建立客户端连接
    clientsocket, addr = serversocket.accept()

    print("连接地址: %s" % str(addr))

    msg = '欢迎访问菜鸟教程！' + "\r\n"
    clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))
    clientsocket.close()

• import socket：导入 socket 模块。
• import sys：导入 sys 模块。
• serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)：创建一个 TCP 套接字对象。
• host = socket.gethostname()：获取本地主机名。
• port = 9999：设置端口号。
• serversocket.bind((host, port))：将套接字绑定到指定的地址和端口。
• serversocket.listen(5)：开始监听，最多允许 5 个连接排队。
• while True:：无限循环，等待客户端连接。
• clientsocket, addr = serversocket.accept()：接受客户端连接，返回新的套接字对象和客户端地址。
• print("连接地址: %s" % str(addr))：打印客户端地址。
• msg = '欢迎访问菜鸟教程！' + "\r\n"：准备发送的消息。
• clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))：发送消息。
• clientsocket.close()：关闭客户端连接。

2. 客户端

客户端代码如下：

#!/usr/bin/python3
# 文件名：client.py

# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys

# 创建 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()

# 设置端口号
port = 9999

# 连接服务，指定主机和端口
s.connect((host, port))

# 接收小于 1024 字节的数据
msg = s.recv(1024)

s.close()

print(msg.decode('utf-8'))

• import socket：导入 socket 模块。
• import sys：导入 sys 模块。
• s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)：创建一个 TCP 套接字对象。
• host = socket.gethostname()：获取本地主机名。
• port = 9999：设置端口号。
• s.connect((host, port))：连接到指定的主机和端口。
• msg = s.recv(1024)：接收不超过 1024 字节的数据。
• s.close()：关闭套接字。
• print(msg.decode('utf-8'))：打印接收到的消息。

测试

1. 打开第一个终端，运行服务端代码：

   $ python3 server.py
   

2. 打开第二个终端，运行客户端代码：

   $ python3 client.py
   

   客户端终端会输出：

   欢迎访问菜鸟教程！
   

3. 查看第一个终端，会看到有以下信息输出：

   连接地址： ('192.168.0.118', 33397)
   

Python Internet 模块

Python 提供了许多用于网络编程的模块，以下是常用的几个模块及其功能：

协议	功能用处	端口号	Python 模块
HTTP	网页访问	80	http.client, urllib, xmlrpc.client
NNTP	阅读和张贴新闻文章，俗称为"帖子"	119	nntplib
FTP	文件传输	20	ftplib, urllib
SMTP	发送邮件	25	smtplib
POP3	接收邮件	110	poplib
IMAP4	获取邮件	143	imaplib
Telnet	命令行	23	telnetlib
Gopher	信息查找	70	gopherlib, urllib

总结

本文详细介绍了如何在 Python 中使用 Socket 进行网络编程，并通过具体的代码示例展示了服务器和客户端的实现。通过使用 socket 模块，我们可以创建和管理套接字，实现基本的网络通信功能。

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