Python基礎知識（32）：網路程式設計（Ⅰ）

網路通訊是兩臺計算機上的兩個程序之間的通訊，而網路程式設計就是如何在程式中實現兩臺計算機的通訊

P協議負責把資料從一臺計算機通過網路傳送到另一臺計算機

TCP協議則是建立在IP協議之上的。TCP協議負責在兩臺計算機之間建立可靠連線，保證資料包按順序到達

許多常用的更高階的協議都是建立在TCP協議基礎上的，比如用於瀏覽器的HTTP協議、傳送郵件的SMTP協議等

TCP程式設計

Socket是網路程式設計的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“打開了一個網路連結”，而開啟一個Socket需要知道目標計算機的IP地址和埠號，再指定協議型別即可。

一、客戶端

大多數連線都是可靠的TCP連線。建立TCP連線時，主動發起連線的叫客戶端，被動響應連線的叫伺服器

1、建立一個基於TCP連線的Socket

#匯入socket
import socket

#建立一個socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

#建立連線，注意引數是一個tuple，包含地址和埠號
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

TCP連線建立的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發資料。誰先發誰後發，怎麼協調，要根據具體的協議來決定

HTTP協議規定客戶端必須先發請求給伺服器，伺服器收到後才發資料給客戶端

傳送的文字格式必須符合HTTP標準

2、建立TCP連線後，就可以向傳送請求，要求返回首頁的內容

#傳送資料
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

3、接收伺服器返回的資料

#接收資料
buffer = []
while True:
    #每次最多接收1k位元組
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = b''.join(buffer)

接收資料時，呼叫recv(max)方法，一次最多接收指定的位元組數，因此，在一個while迴圈中反覆接收，直到recv()返回空資料，表示接收完畢，退出迴圈

4、呼叫close()方法關閉Socket，結束網路通訊

#關閉連線
s.close()

儲存網頁內容到檔案

#把網頁內容儲存到sina.html檔案
header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
#把接收的資料寫入檔案
with open('sina.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

接收到的資料包括HTTP頭和網頁本身，只需要把HTTP頭和網頁分離一下，把HTTP頭打印出來，網頁內容儲存到檔案

只需要在瀏覽器中開啟這個sina.html檔案，就可以看到新浪的首頁了

HTTP/1.1 302 Moved Temporarily
Server: nginx
Date: Fri, 14 Dec 2018 08:07:21 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 154
Connection: close
Location: https://www.sina.com.cn/
X-Via-CDN: f=edge,s=ctc.xiamen.ha2ts4.35.nb.sinaedge.com,c=125.91.244.232;
X-Via-Edge: 1544774841629e8f45b7d3cd64cde1173d1de

二、伺服器

伺服器程序首先要繫結一個埠並監聽來自其他客戶端的連線。如果某個客戶端連線過來了，伺服器就與該客戶端建立Socket連線，隨後的通訊就靠這個Socket連線了

一個Socket依賴4項：伺服器地址、伺服器埠、客戶端地址、客戶端埠來唯一確定一個Socket

伺服器需要同時響應多個客戶端的請求，每個連線都需要一個新的程序或者新的執行緒來處理，否則，伺服器一次就只能服務一個客戶端

1、建立一個基於IPv4和TCP協議的Socket

#建立一個基於IPv4和TCP協議的Socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

2、繫結監聽的地址和埠

#監聽埠
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

伺服器可能有多塊網絡卡，可以繫結到某一塊網絡卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0繫結到所有的網路地址，還可以用127.0.0.1繫結到本機地址

127.0.0.1是一個特殊的IP地址，表示本機地址，如果繫結到這個地址，客戶端必須同時在本機執行才能連線，也就是說，外部的計算機無法連線進來

埠號需要預先指定。因為我們寫的這個服務不是標準服務，所以用9999這個埠號

注意：小於1024的埠號必須要有管理員許可權才能繫結

3、呼叫listen()方法監聽埠

傳入的引數指定等待連線的最大數量

s.listen(5)
print('Waiting for connection...')

4、通過一個永久迴圈接受來自客戶端的連線

while True:
    #接受一個新連線
    sock, addr = s.accept()
    #建立新執行緒來處理TCP連線
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

accept()會等待並返回一個客戶端的連線

5、建立新程序處理連線

每個連線都必須建立新執行緒（或程序）來處理，否則，單執行緒在處理連線的過程中，無法接受其他客戶端的連線

#建立新程序處理連線
def tcplink(sock, addr):
    print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)
    sock.send(b'Welcome')
    while True:
        data = sock.recv(1024)
        time.sleep(1)
        if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':
            break
        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s close.' % addr)

連線建立後，伺服器首先發一條歡迎訊息，然後等待客戶端資料，並加上Hello再發送給客戶端

如果客戶端傳送了exit字串，就直接關閉連線

6、編寫一個客戶端程式測試這個伺服器程式

#tcp_client.py
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#建立連線
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
#接收歡迎訊息
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
for data in [b'Alice', b'Bob', b'Jack']:
    s.send(data)
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.send(b'exit')
s.close()

分別執行tcp_client.py和tcp_server.py

tcp_server.py的結果：
Waiting for connection...
Accept new connection from 127.0.0.1:60647...
Connection from 127.0.0.1:60647 close.

tcp_client.py的結果：
Welcome
Hello, Alice!
Hello, Bob!
Hello, Jack!

參考資料：

1、廖雪峰學習官網

2、寧致樂水的博文：https://blog.csdn.net/qq_31603575/article/details/80089707