Python網絡編程

• 客戶端/服務器架構

  所謂服務器就是一系列硬件或軟件，為一個或多個客戶端(服務的用戶)提供所需要的'服務'。它存在的唯一目的就是等待客戶端的請求，并響應它們(提供服務)，然后等待更多的請求。另一方面，客戶端因特定的請求而聯系服務器，并發送必要的數據，然后等待服務器的回應，最后完成請求或給出故障信息。服務器無限地運行下去，并不斷地處理請求；而客戶端會進行一次性請求，然后接收該服務，最后結束他們之間的事務。

  目前最常見的客戶端/服務器架構如圖所示，其中描繪了多個客戶端通過互聯網從一臺服務器上檢索信息。

  套接字(socket)是計算機網絡數據結構，它體現了'通信端點'的概念。在沒有任何類型的通信開始之前，網絡應用程序必須創建套接字。可以將它們比作電話插孔，沒有它將無法通信。

  socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，對于文件用打開、讀寫、關閉模式來操作。socket就是該模式的一個實現，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉）。套接字通常有兩種類型：基于文件的和面向網絡的。

  第一種類型是基于文件的AF_UNIX，其主要用于同一計算機中的兩個進程間通信；第二種是面向網絡的AF_INET,主要用于互聯網上計算機之間的通信。

  通常網絡套接字分為面向連接的套接字與無連接的套接字。面向連接的通信提供序列化的、可靠的和不重復的數據交付，而沒有記錄邊界。實現這種連接類型的主要協議是傳輸控制協議(TCP)。為了創建TCP套接字，必須使用SOCK_STREAM作為套接字類型。

  與傳輸控制協議形成對比的是數據報類型的套接字，它是一種無連接的套接字。這意味著，在通信開始之前并不需要建立連接。此時，在數據傳輸過程并無法保證它的順序性、可靠性或者重復性。然而，數據報保存了記錄邊界，這意味著消息是以整體發送的，而并非分成多個片段。實現這種連接類型的主要協議是用戶數據報(UDP)。為了創建UDP套接字，必須使用SOCK_DGRAM作為套接字類型。

• Python中的網絡編程

s=socket(family,type, proto=0)

服務器套接字方法

客戶端套接字方法

普通的套接字方法

面向阻塞的套接字方法

面向文件的套接字方法

• 創建TCP服務器與客戶端

服務器端：

# !/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
'''
這個腳本創建TCP服務器，它接收來自客戶端的消息并打印在終端，返回當前時間戳
'''
from socket import *
from time import ctime
HOST = ''
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
tcpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.listen(5)
while True:
    print('waiting for connection...')
    tcpCliSock,addr=tcpSerSock.accept()
    print('...connected from:',addr)
    while True:
        data=tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
        print(str(data,'utf-8'))
        if not data:
            break
        tcpCliSock.send(bytes(ctime(),'utf-8'))
    tcpCliSock.close()
tcpSerSock.close()

客戶端：

# !/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
tcpCliSock.connect(ADDR)
while True:
    data = input('> ')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(bytes(data,'utf-8'))
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    if not  data:
        break
    print(str(data,'utf-8'))
tcpCliSock.close()

運行結果：

  服務器端：

waiting for connection...
...connected from: ('127.0.0.1', 62735)
123
1234
3453
45
567

 客戶端：

> 123
Sat May  6 21:31:06 2017
> 1234
Sat May  6 21:32:44 2017
> 3453
Sat May  6 21:32:46 2017
> 45
Sat May  6 21:32:47 2017
> 567
Sat May  6 21:32:48 2017
>

• 創建UDP客戶端與服務器

服務器端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
from time import ctime
'''
這個腳本創建UDP服務器，接收來自客戶端的消息并打印在終端，返回當前時間戳
'''
HOST = ''
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
udpSerSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udpSerSock.bind(ADDR)
while True:
    print('waiting for message... ')
    data,addr = udpSerSock.recvfrom(BUFSIZ)
    print(str(data,'utf-8'))
    udpSerSock.sendto(bytes(ctime(),'utf-8'),addr)
    print('...received form and return to:',addr)
udpSerSock.close()

客戶端：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
udpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
while True:
    data=input('>')
    if not data:
        break
    udpCliSock.sendto(bytes(data,'utf-8'),ADDR)
    data,ADDR=udpCliSock.recvfrom(BUFSIZ)
    if not data:
        break
    print(str(data,'utf-8'))
udpCliSock.close()

輸出結果：

  服務器端：

waiting for message... 
123
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
12334
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
123
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
14
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
234
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message... 
5
...received form and return to: ('127.0.0.1', 58765)
waiting for message...

  客戶端：

>123
Sun May  7 11:59:46 2017
>12334
Sun May  7 12:02:32 2017
>123
1Sun May  7 12:02:33 2017
>4
2Sun May  7 12:02:34 2017
>34
Sun May  7 12:02:34 2017
>5
Sun May  7 12:02:35 2017
>

• SocketServer模塊

  SocketServer是標準庫中的一個高級模塊，它的目的是簡化很多樣板代碼，它們是創建網絡客戶端和服務器必須的代碼。這個模塊中有各種各樣的類，這些類幫助程序員隱藏具體的實現細節，除此之外以面相對象的方式處理事務有助于組織數據，以及邏輯性地將功能放在正確的地方。在python3中SocketServer改名為socketserver。

  各個類之間的繼承關系：

| BaseServer |
      |
      v
| TCPServer |------->| UnixStreamServer |
      |
      v
| UDPServer |------->| UnixDatagramServer |

  上面四個服務類都是同步處理請求的，即一個請求沒處理完不能處理下一個請求。當要想支持異步模型，可以利用多繼承讓server類繼承ForkingMixIn或ThreadingMixIn類。

  在SocketServer模塊中，服務器處理請求主要通過BaseRequestHandler類來實現，在這個類中有多個處理函數可以使用。

  setup()

     在handle()方法之前調用執行請求的初始化動作，默認不執行任何操作。

  handle()

     此函數必須完成對服務器所有的請求工作，有些實例屬性對其可獲得，

     請求通過self.request函數，

     客戶端地址通過self.client_address函數，

     服務器實例通過self.server函數，

     self.request對于流服務self.request是套接字對象，對于數據報文self.request是一系列字符串和套接字。

  finish()

     在handle()函數后調用此方法，執行請求后的清理操作，默認不執行任何操作，如果setup()出現異常，此函數不會被調用。

服務器端實例：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
'''
通過socketserver類、TCPServer和StreamRequestHandler，該腳本創建時間戳TCP服務器
'''
from  socketserver import (TCPServer as TCP, StreamRequestHandler as SRH)
from time import ctime
HOST = ''
PORT = 12345
ADDR = (HOST,PORT)
class MyRequestHandler(SRH):
    def setup(self):
        print('處理請求前！！！')
    def handle(self):
        conn=self.request
        print('...connected from:',self.client_address)
        print(str(conn.recv(1024),'utf-8'))
        conn.send(bytes(ctime(),'utf-8'))
    def finish(self):
        print('處理請求后！！！')
        print('----------------------')
tcpServ = TCP(ADDR,MyRequestHandler)
print('waiting for connection...')
tcpServ.serve_forever()

客戶端實例：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 12345
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST,PORT)
while True:
    tcpCliSock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    tcpCliSock.connect(ADDR)
    data=input('>')
    if not data:
        break
    tcpCliSock.send(bytes(data,'utf-8'))
    data=tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    if not data:
        break
    print(str(data,'utf-8'))
    tcpCliSock.close()

運行結果：

  服務器端：

waiting for connection...
處理請求前！！！
...connected from: ('127.0.0.1', 62042)
1223
處理請求后！！！
----------------------
處理請求前！！！
...connected from: ('127.0.0.1', 62051)
123
處理請求后！！！
----------------------
處理請求前！！！
...connected from: ('127.0.0.1', 62052)
5435
處理請求后！！！
----------------------
處理請求前！！！
...connected from: ('127.0.0.1', 62053)
574
處理請求后！！！
----------------------
處理請求前！！！
...connected from: ('127.0.0.1', 62054)
68
處理請求后！！！
----------------------

  客戶端：

>1223
Sun May  7 13:01:45 2017
>123
Sun May  7 13:01:46 2017
>5435
Sun May  7 13:01:47 2017
>574
Sun May  7 13:01:48 2017
>68
Sun May  7 13:01:49 2017
>