Python编程-----网络通信

一.统一资源定位器URL

专为标识Internet网上资源位置而设的一种编址方式 ,URL一般由以下几个部分组成：

传输协议://主机IP地址(或域名地址)[:端口号]/资源所在路径和文件名

 •传输协议是指访问该资源所使用的访问协议；

•主机IP地址（或域名地址）是指资源所在的Internet主机；

•端口号是指主机上提供资源的服务的TCP/IP端口（TCP/IP系统中的端口号是一个16位的数字，范围为0~65535），例如http使用www服务(默认端口号80），ftp表示FTP服务(默认端口号为21）;

•路径是指资源所在路径和文件名，示例如下：

http://user:[email protected]/pages/index.html?key1=data1

?key1=data1：这是查询部分，用于传递给服务器的参数

二.基于socket（套接字）的网络编程

基于Socket网络指的是使用Socket编程接口进行网络通信。在计算机网络中，Socket是一种抽象层，它允许应用程序通过TCP/IP协议与其他应用程序通信。使用Socket编程，可以创建客户端和服务器，它们可以通过网络互相通信，对于socket需注意：

•网络中两个应用程序之间通信的端点

•两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，其中一个就是socket

•基于TCP/IP通信协议的socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定

三.基于TCP的网络通信（面向连接，用于各种可靠的连接）

基于TCP的Echo Server包括服务器/客户机两个部分：

- 服务端应用程序创建一个socket并绑定到某个“IP地址:端口号”上，然后侦听listen，并使用阻塞方法accept以等待客户机连接请求

- 客户机创建一个socket，并建立到服务器的连接；客户机循环接收用户数据并发送数据到服务器，服务器接收数据后回送（Echo）给客户机。客户机输入空数据时，关闭socket并终止运行；服务器接收到空数据时，关闭socket并终止运行

•创建socket对象

•绑定指定地址

•侦听连接请求

•等待客户请求连接

•send()和recv()通信

•传输结束，关闭连接

(1)创建socket对象

socket(family=2,type=1,proto=0,fileno=None)

family：

地址系列。默认为AF_INET(2, socket模块中的常量),对应于IPv4; AF_UNIX对应于UNIX的进程间通信，AF_INET6对应于IPv6

type：

socket类型。默认为SOCK_STREAM，对应TCP流套接字；而SOCK_DGRAM对应UDP数据报套接字，SOCK_RAW对应于raw套接字

>>>import socket

>>>s1 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

>>>s2 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

(2)绑定指定地址

创建服务器端socket对象后，必须把对象绑定到某个IP地址，然后客户机才能与之连接。address是要绑定的IP地址，对应IPv4的地址为一个元组。

socket.bind(address)

>>>sock = socket.socket()

>>>sock.bind((‘localhost’, 8000))

>>>sock.bind((socket.gethostname(), 8001))

>>>sock.bind((‘127.0.0.1’,8002))

(3)侦听连接请求

socket绑定IP地址后，使用对象方法listen()和accept()进行侦听和接收连接。backlog为最多连接数，至少为1，在接到连接请求后，这些请求必须排队，如果队列已满，则拒绝请求。

socket.listen(backlog)

>>>sock = socket.socket()

>>>sock.bind((‘localhost’, 8000))

>>>sock.listen(5)

(4)等待客户请求连接

客户机通过connect建立如服务器连接，address为要连接的服务器绑定的IP地址，为元组

client_sock.connect(address)

服务端通过accept()方法进入waiting(阻塞)状态。当接受客户端请求连接时，accept()返回一个含有两个元素的元组(clientsocket, address), clientsocket为新建的socket对象，服务器通过它与客户机通信，address对应IP地址。

 clientsocket, address=server_sock.accept()

(5)send()和recv()通信

发送数据bytes（字节序列），返回实际发送的字节数

send(bytes)

发送数据bytes（字节序列），持续发送；成功返回None，否则出错

sendall(bytes)

接收数据，返回接收到的数据：bytes对象,bufsize为一次接收数据的最大字节数

recv(bufsize)

(6)

传输结束，关闭连接

示例：

一.

服务器应用程序ChatServer：

import socket                            #导入socket模块
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) #创建服务器socket
server.bind(('127.0.0.1', 8000)) #绑定到IP地址和端口号
server.listen(5)                           #开始侦听，队列长度为5
clientsock, clientaddr = server.accept() #使用阻塞方法accept以等待客户机连接请求
print(f'connect from {clientaddr}')       #接收客户机请求后输出客户机的信息
while True:                                              #循环以接收和回送客户机数据
    recvmessage = clientsock.recv(1024) #接收数据
    if not recvmessage:                              #接收到空数据时，终止循环
        break
    print(f'接收到来自客户端的消息：{recvmessage.decode()}')  #输出接收到的数据              
    clientsock.send(recvmessage)    #回送数据到客户机
clientsock.close()                         #关闭客户机socket
server.close()                                #关闭服务器socket

客户端应用程序ChatClient：

import socket 				#导入socket模块
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  #创建客户机socket
client.connect(('127.0.0.1', 8000))                    #连接到服务器
while True: #循环以接收用户输入，并发送到服务器，接收服务器的回送数据
    strInp = input('>')                 #接收用户输入数据
    client.send(strInp.encode()) #把数据转换为bytes对象，并发送到服务器
    if not strInp:                          #如果数据为空，终止循环
        break 
    data = client.recv(1024)    #接收服务器的回送数据
    print(f'接收来自服务端的数据:{data.decode()}') #输出接收到数据
client.close()                               #关闭客户机socket

二.

ChatServer:

import random
import socket   #导入socket模块
server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#创建服务器socket
server.bind(('127.0.0.1',8000)) #绑定到IP地址和端口号
server.listen(5)    #开始侦听,队列长度为5
clientsock,clientaddr =server.accept() #使用阻塞方法accept以等待客户机连接请求
Quote=['一日之计在于晨','人生在勤，不索何获','读书百遍，其义自见','君子喻于义，小人喻于利。','它山之石，可以攻玉。']
try:
    while True: #循环以接收和回送客户机数据
        recvmessage=clientsock.recv(1024)#接收数据
        if not recvmessage:#接收到空数据时，终止循环
            break
        quote = random.choice(Quote)
        clientsock.send(quote.encode())#回送数据到客户机
finally:
    clientsock.close()#关闭客户机socket
    server.close()#关闭服务器socket

ChatClient:

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as client:
    try:
        client.connect(('127.0.0.1', 8000))
        while True:
            strInp = input('>')  # 获取用户输入
            client.send(strInp.encode())  # 发送数据到服务器
            if not strInp:  # 如果输入为空，则退出循环
                break
            data = client.recv(1024)  # 接收服务器的回送数据
            print(f'接收来自服务端的数据:{data.decode()}')  # 输出接收到的数据
    except ConnectionRefusedError:
        print("连接被拒绝，请确认服务器是否已启动并且端口号是否正确。")
    except Exception as e:
        print(f"发生异常：{e}")

# 不需要调用client.close()，因为使用了with语句，在退出时会自动关闭socket连接

结果：随机输入字符，服务端随机给出名人名言

四.基于UDP的网络通信（不保证可靠的传输），比TCP的步骤少

基于UDP的Echo Server包括服务器/客户机两个部分：

- 服务端应用程序创建一个socket并绑定到某个“IP地址:端口号”上，然后循环使用recvfrom接收数据（返回数据和客户机地址），并使用sendto回送数据到客户机地址

- 客户机创建一个socket，然后循环使用sendto发送用户输入的数据到服务器，并接收服务器回送的数据。客户机输入空数据时，关闭socket并终止运行；服务器接收到空数据时，关闭socket并终止运行。

具体步骤如下：

•创建socket对象

•绑定指定地址

•sendto()和recvfrom()

•通信传输结束，关闭连接

示例：

服务端应用程序ChatServerUDP

import socket                                   #导入socket模块
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) #创建服务器socket
server.bind(('127.0.0.1', 8001))      #绑定到IP地址和端口号
while True:                                      #循环以接收和回送客户机数据
    recvmessage, clientaddr = server.recvfrom(1024) #接收数据，返回数据和客户机地址
    if not recvmessage:                     #接收到空数据时，终止循环
        break
    print(f'接收到来自客户端{clientaddr}的消息：{recvmessage.decode()}') #输出接收到的数据
    server.sendto(recvmessage, clientaddr) #发送数据到客户机
server.close()

客户机应用程序ChatClientUDP

import socket              #导入socket模块
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) #创建客户机socket
while True:  #循环以接收用户输入，并发送到服务器
    strInp = input('>')       #接收用户输入数据
    client.sendto(strInp.encode(), ('127.0.0.1', 8001)) #把数据转换为bytes对象，并发送到服务器
    if not strInp:    			             #如果数据为空，终止循环
        break 
    newdata, address = client.recvfrom(1024)           #接收服务器的回送数据
    print(f'接收来自服务端{address}的数据:{newdata.decode()}') #输出接收到数据
client.close()                                     #关闭客户机socket