Python学习之旅（三十三）

Python基础知识（32）：网络编程（Ⅰ）

网络通信是两台计算机上的两个进程之间的通信，而网络编程就是如何在程序中实现两台计算机的通信

P协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机

TCP协议则是建立在IP协议之上的。TCP协议负责在两台计算机之间建立可靠连接，保证数据包按顺序到达

许多常用的更高级的协议都是建立在TCP协议基础上的，比如用于浏览器的HTTP协议、发送邮件的SMTP协议等

TCP编程

Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”，而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。

一、客户端

大多数连接都是可靠的TCP连接。创建TCP连接时，主动发起连接的叫客户端，被动响应连接的叫服务器

1、创建一个基于TCP连接的Socket

#导入socket
import socket

#创建一个socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#建立连接，注意参数是一个tuple，包含地址和端口号
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

TCP连接创建的是双向通道，双方都可以同时给对方发数据。谁先发谁后发，怎么协调，要根据具体的协议来决定

HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器，服务器收到后才发数据给客户端

发送的文本格式必须符合HTTP标准

2、建立TCP连接后，就可以向发送请求，要求返回首页的内容

#发送数据
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

3、接收服务器返回的数据

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

接收数据时，调用recv(max)方法，一次最多接收指定的字节数，因此，在一个while循环中反复接收，直到recv()返回空数据，表示接收完毕，退出循环

4、调用close()方法关闭Socket，结束网络通信

#关闭连接
s.close()

保存网页内容到文件

#把网页内容保存到sina.html文件
header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
#把接收的数据写入文件
with open('sina.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

接收到的数据包括HTTP头和网页本身，只需要把HTTP头和网页分离一下，把HTTP头打印出来，网页内容保存到文件

只需要在浏览器中打开这个sina.html文件，就可以看到新浪的首页了

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、服务器

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了，服务器就与该客户端建立Socket连接，随后的通信就靠这个Socket连接了

一个Socket依赖4项：服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个Socket

服务器需要同时响应多个客户端的请求，每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理，否则，服务器一次就只能服务一个客户端

1、创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket

#创建一个基于IPv4和TCP协议的Socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

2、绑定监听的地址和端口

#监听端口
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

服务器可能有多块网卡，可以绑定到某一块网卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址，还可以用127.0.0.1绑定到本机地址

127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示本机地址，如果绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能连接，也就是说，外部的计算机无法连接进来

端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务，所以用9999这个端口号

注意：小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定

3、调用listen()方法监听端口

传入的参数指定等待连接的最大数量

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

4、通过一个永久循环接受来自客户端的连接

while True:
    #接受一个新连接
    sock, addr = s.accept()
    #创建新线程来处理TCP连接
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
    t.start()

accept()会等待并返回一个客户端的连接

5、创建新进程处理连接

每个连接都必须创建新线程（或进程）来处理，否则，单线程在处理连接的过程中，无法接受其他客户端的连接

#创建新进程处理连接
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)

连接建立后，服务器首先发一条欢迎消息，然后等待客户端数据，并加上Hello再发送给客户端

如果客户端发送了exit字符串，就直接关闭连接

6、编写一个客户端程序测试这个服务器程序

#tcp_client.py
import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#建立连接
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
#接收欢迎消息
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()

分别运行tcp_client.py和tcp_server.py

tcp_server.py的结果：
Waiting for connection...
Accept new connection from 127.0.0.1:60647...
Connection from 127.0.0.1:60647 close.

tcp_client.py的结果：
Welcome
Hello, Alice!
Hello, Bob!
Hello, Jack!

参考资料：

1、廖雪峰学习官网

2、宁致乐水的博文：https://blog.csdn.net/qq_31603575/article/details/80089707