Dave Python 练习十八 -- 网络编程

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　　#encoding=utf-8###***************  网络编程  ***************#**********  Part 1: 套接字：通讯端点  *******************### 1.1 套接字#套接字起源于20 世纪70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的Unix，即人们所说的BSD Unix。#因此，有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始，套接字被设计用在同#一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯，或IPC。套接字有两种，分别是基于文#件型的和基于网络型的。#Unix 套接字是我们要介绍的第一个套接字家族。其“家族名”为AF_UNIX(在POSIX1.g 标准中#也叫AF_LOCAL)，表示“地址家族：UNIX”。包括Python 在内的大多数流行平台上都使用术语“地址#家族”及其缩写“AF”。而老一点的系统中，地址家族被称为“域”或“协议家族”，并使用缩写“PF”#而不是“AF”。同样的，AF_LOCAL(在2000-2001 年被列为标准)将会代替AF_UNIX。不过，为了向后#兼容，很多系统上，两者是等价的。Python 自己则仍然使用AF_UNIX。#另一种套接字是基于网络的，它有自己的家族名字：AF_INET，或叫“地址家族：Internet”。#还有一种地址家族AF_INET6 被用于网际协议第6 版（IPv6）寻址上。还有一些其它的地址家族，所有地址家族中，AF_INET 是使用最广泛的一个。##Python 2.5 中加入了一种Linux 套接字的支持：AF_NETLINK套接字家族让用户代码与内核代码之间的IPC 可以使用标准BSD 套#接字接口。而且，相对之前那些往操作系统中加入新的系统调用，proc 文件系统支持或是“IOCTL”等笨重的方案来说，这种方法显得更为优美，更为安全。##Python 只支持AF_UNIX，AF_NETLINK，和AF_INET 家族。## 1.2 套接字地址：主机与端口#如果把套接字比做电话的插口——即通讯的最底层结构，那主机与端口就像区号与电话号码的#一对组合。有了能打电话的硬件还不够，你还要知道你要打给谁，往哪打。一个Internet 地址由网#络通讯所必需的主机与端口组成。而且不用说，另一端一定要有人在听才可以。否则，你就会听到#熟悉的声音“对不起，您拨的是空号，请查对后再播”。你在上网的时候，可能也见过类似的情况，#如“不能连接该服务器。服务器无响应或不可达”。#合法的端口号范围为0 到65535。其中，小于1024 的端口号为系统保留端口。如果你所使用的#是Unix 操作系统，保留的端口号（及其对应的服务／协议和套接字类型）可以通过/etc/services#文件获得。## 1.3 面向连接与无连接##1.3.1 面向连接#无论你使用哪一种地址家族。套接字的类型只有两种。一种是面向连接的套接字，即在通讯之#前一定要建立一条连接，就像跟朋友打电话时那样。这种通讯方式也被称为“虚电路”或“流套接#字”。面向连接的通讯方式提供了顺序的，可靠的，不会重复的数据传输，而且也不会被加上数据边#界。这也意味着，每一个要发送的信息，可能会被拆分成多份，每一份都会不多不少地正确到达目#的地。然后被重新按顺序拼装起来，传给正在等待的应用程序。#实现这种连接的主要协议就是传输控制协议（即TCP）。要创建TCP 套接字就得在创建的时候，#指定套接字类型为SOCK_STREAM。TCP 套接字采用SOCK_STREAM 这个名字，表达了它做为流套接字的#特点。由于这些套接字使用Internet 协议（IP）来查找网络中的主机，这样形成的整个系统，一般#会由这两个协议（TCP 和IP）来提及，即TCP/IP。## 1.3.2 无连接#与虚电路完全相反的是数据报型的无连接套接字。这意味着，无需建立连接就可以进行通讯。#但这时，数据到达的顺序，可靠性及数据不重复性就无法保证了。数据报会保留数据边界，这就表#示，数据不会像面向连接的协议那样被拆分成小块。#使用数据报来传输数据就像邮政服务一样。邮件和包裹不一定会按它们发送的顺序到达。事实#上，它们还有可能根本到不了！而且，由于网络的复杂性，数据还可能被重复传送。#既然数据报有这么多缺点，为什么还要使用它呢？由于#面向连接套接字要提供一些保证，以及要维持虚电路连接，这都是很重的额外负担。数据报没有这#些负担，所以它更“便宜”。通常能提供更好的性能，更适合某些应用场合。#实现这种连接的主要协议就是用户数据报协议（即UDP）。要创建UDP 套接字就得在创建的时候，#指定套接字类型为SOCK_DGRAM。SOCK_DGRAM 这个名字，也许你已经猜到了，来自于单词“datagram”#（“数据报”）。由于这些套接字使用Internet 协议来查找网络中的主机，这样形成的整个系统，一#般会由这两个协议（UDP 和IP）来提及，即UDP/IP。#**********  Part 2: Python 中的网络编程  *******************## 2.1 socket()模块函数#要使用socket.socket()函数来创建套接字。其语法如下：#socket(socket_family, socket_type, protocol=0)#socket_family 可以是AF_UNIX 或AF_INET。socket_type 可以是SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM。#这几个常量的意义可以参考之前的解释。protocol 一般不填，默认值为0。#创建一个TCP/IP 的套接字，你要这样调用socket.socket()：#tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)##同样地，创建一个UDP/IP 的套接字，你要这样：#udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)##由于socket 模块中有太多的属性。我们在这里破例使用了'from module import *'语句。使用#'from socket import *'，我们就把socket 模块里的所有属性都带到我们的命名空间里了，这样能#大幅减短我们的代码。#tcpSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)#当我们创建了套接字对象后，所有的交互都将通过对该套接字对象的方法调用进行。##2.2 套接字对象（内建）方法#套接字对象的常用函数#函数                  描述####服务器端套接字函数#s.bind()                绑定地址（主机，端口号对）到套接字#s.listen()              开始TCP 监听#s.accept()              被动接受TCP 客户的连接，（阻塞式）等待连接的到来#####客户端套接字函数#s.connect()             主动初始化TCP 服务器连接#s.connect_ex()          connect()函数的扩展版本，出错时返回出错码，而不是抛异常######公共用途的套接字函数#s.recv()                接收TCP 数据#s.send()                发送TCP 数据#s.sendall()             完整发送TCP 数据#s.recvfrom()            接收UDP 数据#s.sendto()              发送UDP 数据#s.getpeername()         连接到当前套接字的远端的地址#s.getsockname()         当前套接字的地址#s.getsockopt()          返回指定套接字的参数#s.setsockopt()          设置指定套接字的参数#s.close()               关闭套接字####Blocking-Oriented Socket Methods#s.setblocking()         设置套接字的阻塞与非阻塞模式#s.settimeout()          设置阻塞套接字操作的超时时间#s.gettimeout()          得到阻塞套接字操作的超时时间#####面向文件的套接字的函数#s.fileno()              套接字的文件描述符#s.makefile()            创建一个与该套接字关连的文件#2.3 创建一个TCP 服务器#伪代码：#ss = socket() # 创建服务器套接字#ss.bind() # 把地址绑定到套接字上#ss.listen() # 监听连接#inf_loop: # 服务器无限循环#cs = ss.accept() # 接受客户的连接#comm_loop: # 通讯循环#cs.recv()/cs.send() # 对话（接收与发送）#cs.close() # 关闭客户套接字#ss.close() # 关闭服务器套接字（可选）#所有的套接字都用socket.socket()函数来创建。服务器需要“坐在某个端口上”等待请求。所#以它们必需要“绑定”到一个本地的地址上。由于TCP 是一个面向连接的通讯系统，在TCP 服务器#可以开始工作之前，要先完成一些设置。TCP 服务器必需要“监听”（进来的）连接，设置完成之后，#服务器就可以进入无限循环了。##一个简单的（单线程的）服务器会调用accept()函数等待连接的到来。默认情况下，accept()#函数是阻塞式的，即程序在连接到来之前会处于挂起状态。套接字也支持非阻塞模式。##一旦接收到一个连接，accept()函数就会返回一个单独的客户的套接字用于后续的通讯。#在临时套接字创建好之后，通讯就可以开始了。客户与服务器都使用这个新创建的套接字进行#数据的发送与接收，直到通讯的某一方关闭了连接或发送了一个空字符串之后，通讯就结束了。#在代码中，当客户连接关闭后，服务器继续等待下一个客户的连接。代码的最后一行，会把服#务器的套接字关闭。由于服务器处在无限循环中，不可能会走到这一步，所以，这一步是可选的。#我们写这一句话的主要目的是要提醒读者，在设计一个更智能的退出方案的时候，比方说，服务器#被通知要关闭的时，要确保close()函数会被调用。#示例：tsTserv.py 创建一个TCP 服务器程序，当客户端连接上来之后返回'hello dave'#encoding=utf-8#from socket import *#from time import ctime##HOST = ''   #HOST 变量为空，表示bind()函数可以绑定在所有有效的地址上。#PORT = 21567#BUFSIZ = 1024  #缓冲的大小设定为1K#ADDR = (HOST, PORT)##tcpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)#tcpSerSock.bind(ADDR)#tcpSerSock.listen(5)  #最多允许多少个连接同时连进来，后来的连接就会被拒绝掉。##while True:#    print('waiting for connection...')#    tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept()#    print('...connected from:', addr)##    while True:#        data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)#        if not data:#            break#        tcpCliSock.send(b'Hello Dave') #注意在Python 3.x 版本这里只能send bytes类型##tcpCliSock.close()#tcpSerSock.close()## 2.4 创建TCP 客户端#伪代码:#cs = socket() # 创建客户套接字#cs.connect() # 尝试连接服务器#comm_loop: # 通讯循环#cs.send()/cs.recv() # 对话（发送／接收）#cs.close() # 关闭客户套接字#所有的套接字都由socket.socket()函数创建。在客户有了套接字之后，马上就可#以调用connect()函数去连接服务器。连接建立后，就可以与服务器开始对话了。在对话结束后，客户就可以关闭套接字，结束连接。#tcTlnt.py 的代码。程序连接到服务器，向服务器发送‘hello world’，服务器返回‘hello dave’#from socket import *##HOST = 'localhost'  #服务器的主机名与端口号#PORT = 21567    #端口号要与服务器上的设置完全相同#BUFSIZ = 1024#ADDR = (HOST, PORT)##tcpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)#tcpCliSock.connect(ADDR)##while True:#    tcpCliSock.send(b'Hello world')#    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)#    #    if not data:#        break#    print(data)##tcpCliSock.close()## 2.6 创建一个UDP 服务器#由于UDP 服务器不是面向连接的，所以不用像TCP 服务器那样做那么多设置工作。事实上，并不用设置什么东西，直接等待进来的连接就好了。#ss = socket() # 创建一个服务器套接字#ss.bind() # 绑定服务器套接字#inf_loop: # 服务器无限循环#cs = ss.recvfrom()/ss.sendto() # 对话（接收与发送）#ss.close() # 关闭服务器套接字##从伪代码中可以看出，使用的还是那套先创建套接字然后绑定到本地地址（主机／端口对）的方法。#无限循环中包含了从客户那接收消息，返回加了时间戳的结果和回去等下一个消息这三步。#同样的，由于代码不会跳出无限循环，所以，close()函数调用是可选的。我们写这一句话的原因是#要提醒读者，在设计一个更智能的退出方案的时候，要确保close()函数会被调用。##UDP 时间戳服务器 (tsUserv.py)#from socket import *#from time import ctime##HOST = ''#PORT = 21567#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)#    udpSerSock.sendto(ctime().encode('utf-8'), addr)  #这里注意在Python 3里sendto 需要用bytes 进行传送，所以需要使用encode进行转换#    print('...received from and returned to:', addr)##udpSerSock.close()## 2.7 创建一个UDP 客户端#伪代码如下：#cs = socket() # 创建客户套接字#comm_loop: # 通讯循环#cs.sendto()/cs.recvfrom() # 对话（发送／接收）#cs.close() # 关闭客户套接字## UDP 客户端，程序会提示用户输入要传给服务器的信息，显示服务器返回的加了时间戳的结果。#from socket import *##HOST = 'localhost'#PORT = 21567#BUFSIZ = 1024#ADDR = (HOST, PORT)##udpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)##while True:#    data = input('> ')#    if not data:#        break#    udpCliSock.sendto(data.encode('utf-8'), ADDR)  #这里注意在Python 3里sendto 需要用bytes 进行传送，所以需要使用encode进行转换#    data, ADDR = udpCliSock.recvfrom(BUFSIZ)#    if not data:#        break#    print(data)##udpCliSock.close()#先运行服务器，在运行客户端，提示输入data，然后服务器返回时间。## 2.8 套接字模块属性#socket 模块属性##属性名字                            描述#####数据属性#AF_UNIX, AF_INET, AF_INET6          Python 支持的套接字家族#SO_STREAM, SO_DGRAM                 套接字类型 (TCP = 流, UDP = 数据报)#has_ipv6                            表示是否支持IPv6 的标志变量#####异常#error                   套接字相关错误#herrora                 主机和地址相关的错误#gaierror                地址相关的错误#timeout                 超时#####函数#socket()                用指定的地址家族，套接字类型和协议类型（可选）创建一个套接字对象#socketpair()            用指定的地址家族，套接字类型和协议类型（可选）创建一对套接字对象#fromfd()                用一个已经打开的文件描述符创建一个套接字对象#####数据属性#ssl()                    在套接字初始化一个安全套接字层(SSL)。不做证书验证。#getaddrinfo()            得到地址信息#getfqdn()                返回完整的域的名字#gethostname()           得到当前主机名#gethostbyname()         由主机名得到对应的ip 地址#gethostbyname_ex()      gethostbyname()的扩展版本，返回主机名，主机所有的别名和IP 地址列表。#gethostbyaddr()         由IP 地址得到DNS 信息，返回一个类似gethostbyname_ex()的3 元组。#getprotobyname()        由协议名（如'tcp'）得到对应的号码。#getservbyname()/        由服务名得到对应的端口号或相反#getservbyport()         两个函数中，协议名都是可选的。#ntohl()/ntohs()         把一个整数由网络字节序转为主机字节序#htonl()/htons()         把一个整数由主机字节序转为网络字节序#inet_aton()/            把IP 地址转为32 位整型，以及反向函数。（仅对IPv4 地址有效）#inet_ntoa()#inet_pton()/            把IP 地址转为二进制格式以及反向函数。（仅对IPv4 地址有效）#inet_ntop()#getdefaulttimeout()/    得到／设置默认的套接字超时时间，单位秒（浮点数）#setdefaulttimeout()


　　

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