Python3 网络编程详解

概述

Python 提供了丰富的网络编程支持，包括低级别的 Socket 编程和高级别的 SocketServer 模块。本文将详细介绍如何在 Python 中使用 Socket 进行网络编程，并通过具体的代码示例来展示服务器和客户端的实现。

什么是 Socket？

Socket 又称“套接字”，是应用程序通过网络进行通信的接口。应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。

Socket 编程基础

1. 创建 Socket

在 Python 中，我们使用 socket() 函数来创建套接字。语法格式如下：

socket.socket([family[, type[, proto]]])

family：套接字家族可以是 AF_UNIX 或者 AF_INET。
type：套接字类型可以是 SOCK_STREAM（面向连接的 TCP）或 SOCK_DGRAM（无连接的 UDP）。
proto：一般不填，默认为 0。

2. 常用的 Socket 方法

方法	描述
`s.bind(address)`	绑定地址（host, port）到套接字。
`s.listen(backlog)`	开始 TCP 监听。`backlog` 指定在拒绝连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。
`s.accept()`	被动接受 TCP 客户端连接，返回 (conn, address)，其中 `conn` 是新的套接字对象，`address` 是客户端地址。
`s.connect(address)`	主动初始化 TCP 服务器连接。
`s.connect_ex(address)`	`connect()` 函数的扩展版本，出错时返回出错码，而不是抛出异常。
`s.recv(bufsize[, flags])`	接收 TCP 数据，返回值是接收到的数据。
`s.send(string[, flags])`	发送 TCP 数据，返回值是发送的字节数。
`s.sendall(string[, flags])`	完整发送 TCP 数据，成功返回 `None`，失败抛出异常。
`s.recvfrom(bufsize[, flags])`	接收 UDP 数据，返回值是 (data, address)。
`s.sendto(string, address)`	发送 UDP 数据到指定地址。
`s.close()`	关闭套接字。
`s.getpeername()`	返回连接套接字的远程地址。
`s.getsockname()`	返回套接字自己的地址。
`s.setsockopt(level, optname, value)`	设置给定套接字选项的值。
`s.getsockopt(level, optname[, buflen])`	返回套接字选项的值。
`s.settimeout(timeout)`	设置套接字操作的超时期。
`s.gettimeout()`	返回当前超时期的值。
`s.fileno()`	返回套接字的文件描述符。
`s.setblocking(flag)`	设置套接字为阻塞或非阻塞模式。
`s.makefile()`	创建一个与该套接字相关联的文件对象。

简单实例

1. 服务端

服务端代码如下：

#!/usr/bin/python3
# 文件名：server.py# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys# 创建 socket 对象
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()# 设置端口号
port = 9999# 绑定端口号
serversocket.bind((host, port))# 设置最大连接数，超过后排队
serversocket.listen(5)while True:# 建立客户端连接clientsocket, addr = serversocket.accept()print("连接地址: %s" % str(addr))msg = '欢迎访问菜鸟教程！' + "\r\n"clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))clientsocket.close()

import socket：导入 socket 模块。
import sys：导入 sys 模块。
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)：创建一个 TCP 套接字对象。
host = socket.gethostname()：获取本地主机名。
port = 9999：设置端口号。
serversocket.bind((host, port))：将套接字绑定到指定的地址和端口。
serversocket.listen(5)：开始监听，最多允许 5 个连接排队。
while True:：无限循环，等待客户端连接。
clientsocket, addr = serversocket.accept()：接受客户端连接，返回新的套接字对象和客户端地址。
print("连接地址: %s" % str(addr))：打印客户端地址。
msg = '欢迎访问菜鸟教程！' + "\r\n"：准备发送的消息。
clientsocket.send(msg.encode('utf-8'))：发送消息。
clientsocket.close()：关闭客户端连接。

2. 客户端

客户端代码如下：

#!/usr/bin/python3
# 文件名：client.py# 导入 socket、sys 模块
import socket
import sys# 创建 socket 对象
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 获取本地主机名
host = socket.gethostname()# 设置端口号
port = 9999# 连接服务，指定主机和端口
s.connect((host, port))# 接收小于 1024 字节的数据
msg = s.recv(1024)s.close()print(msg.decode('utf-8'))

import socket：导入 socket 模块。
import sys：导入 sys 模块。
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)：创建一个 TCP 套接字对象。
host = socket.gethostname()：获取本地主机名。
port = 9999：设置端口号。
s.connect((host, port))：连接到指定的主机和端口。
msg = s.recv(1024)：接收不超过 1024 字节的数据。
s.close()：关闭套接字。
print(msg.decode('utf-8'))：打印接收到的消息。

测试

打开第一个终端，运行服务端代码：
```
$ python3 server.py
```
打开第二个终端，运行客户端代码：
```
$ python3 client.py
```
客户端终端会输出：
```
欢迎访问菜鸟教程！
```
查看第一个终端，会看到有以下信息输出：
```
连接地址： ('192.168.0.118', 33397)
```

Python Internet 模块

Python 提供了许多用于网络编程的模块，以下是常用的几个模块及其功能：

协议	功能用处	端口号	Python 模块
HTTP	网页访问	80	`http.client`, `urllib`, `xmlrpc.client`
NNTP	阅读和张贴新闻文章，俗称为"帖子"	119	`nntplib`
FTP	文件传输	20	`ftplib`, `urllib`
SMTP	发送邮件	25	`smtplib`
POP3	接收邮件	110	`poplib`
IMAP4	获取邮件	143	`imaplib`
Telnet	命令行	23	`telnetlib`
Gopher	信息查找	70	`gopherlib`, `urllib`