python-网络编程
一：socket和套接字
1.1.什么是socket
socket 的原意是“插座”，在计算机通信领域，socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。
1.2.套接字分类
这个世界上有很多种套接字（socket），比如 DARPA Internet 地址（Internet 套接字）、本地节点的路径名（Unix套接字）、CCITT X.25地址（X.25 套接字）等。
1.3.Internet 套接分类
Internet 套接字分成两种类型：
流格式套接字（Stream Sockets）也叫“面向连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_STREAM 表示。
数据报格式套接字（Datagram Sockets）也叫“无连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_DGRAM 表示。
1.4.无连接套接字
数据报格式套接字（Datagram Sockets）也叫“无连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_DGRAM 表示。 计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。 因为数据报套接字所做的校验工作少，所以在传输效率方面比流格式套接字要高。 可以将 SOCK_DGRAM 比喻成高速移动的摩托车快递，它有以下特征：
- 强调快速传输而非传输顺序；
- 传输的数据可能丢失也可能损毁；
- 限制每次传输的数据大小；
- 数据的发送和接收是同步的（有的教程也称“存在数据边界”）。
- 众所周知，速度是快递行业的生命。用摩托车发往同一地点的两件包裹无需保证顺序，只要以最快的速度交给客户就行。这种方式存在损坏或丢失的风险，而且包裹大小有一定限制。因此，想要传递大量包裹，就得分配发送。
另外，用两辆摩托车分别发送两件包裹，那么接收者也需要分两次接收，所以“数据的发送和接收是同步的”；换句话说，接收次数应该和发送次数相同。 总之，数据报套接字是一种不可靠的、不按顺序传递的、以追求速度为目的的套接字。 数据报套接字也使用 IP 协议作路由，但是它不使用 TCP 协议，而是使用 UDP 协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。 QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 来传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响。
1.5.有连接套接字
SOCK_STREAM 是一种可靠的、双向的通信数据流，数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送。
SOCK_STREAM 有以下几个特征：
- 数据在传输过程中不会消失；
- 数据是按照顺序传输的；
- 数据的发送和接收不是同步的（有的教程也称“不存在数据边界”）。
为什么流格式套接字可以达到高质量的数据传输呢？这是因为它使用了 TCP 协议（The Transmission Control Protocol，传输控制协议），TCP 协议会控制你的数据按照顺序到达并且没有错误。
你也许见过 TCP，是因为你经常听说“TCP/IP”。TCP 用来确保数据的正确性，IP（Internet Protocol，网络协议）用来控制数据如何从源头到达目的地，也就是常说的“路由”。
可以将 SOCK_STREAM 比喻成一条传送带，只要传送带本身没有问题（不会断网），就能保证数据不丢失；同时，较晚传送的数据不会先到达，较早传送的数据不会晚到达，这就保证了数据是按照顺序传递的。
那么，“数据的发送和接收不同步”该如何理解呢？ 假设传送带传送的是水果，接收者需要凑齐 100 个后才能装袋，但是传送带可能把这 100 个水果分批传送，比如第一批传送 20 个，第二批传送 50 个，第三批传送 30 个。接收者不需要和传送带保持同步，只要根据自己的节奏来装袋即可，不用管传送带传送了几批，也不用每到一批就装袋一次，可以等到凑够了 100 个水果再装袋。 流格式套接字的内部有一个缓冲区（也就是字符数组），通过 socket 传输的数据将保存到这个缓冲区。接收端在收到数据后并不一定立即读取，只要数据不超过缓冲区的容量，接收端有可能在缓冲区被填满以后一次性地读取，也可能分成好几次读取。 也就是说，不管数据分几次传送过来，接收端只需要根据自己的要求读取，不用非得在数据到达时立即读取。传送端有自己的节奏，接收端也有自己的节奏，它们是不一致的。
面向连接的套接字通信工作流程 （1）服务器先用socket函数来建立一个套接字，用这个套接字完成通信的监听 （2）用bind函数来绑定一个端口号和IP地址。因为本地计算机可能有多个IP，每一个IP有多个端口号，需要指定一个IP和端口进行监听 （3）服务器调用listen函数，使服务器的这个端口和IP出于监听状态，等待客户机的连接 （4）客户机用socket建立一个套接字 （5）客户机调用connect函数，通过远程IP和端口号连接远程计算机指定的端口 （6）服务器用accept函数来接收远程计算机的连接，建立起与客户端之间的通信 （7）建立连接以后，客户机用write函数向socket中写入数据。也可用read函数读取服务器发送来的数据 （8）服务器用read函数读取客户机发送来的数据，也可用write函数发送数据 （9）完成通信以后，用close函数关闭socket连接
二：python中的网络编程
2.1.socket（）模块函数
要创建套接字，必须使用socket.socket()函数。
form socket import *
tcpsock = socket(AF_INTE, SOCK_STREMA)2.2.套接字对象（内置）方法
常见的套接字对象方法和属性
名 称 | 描 述 |
|---|---|
服务器套接字方法 | |
s.bind() | 将地址（主机名、端口号对）绑定到套接字上 |
s.listen() | 设置并启动 TCP 监听器 |
s.accept() | 被动接受 TCP 客户端连接，一直等待直到连接到达（阻塞） |
客户端套接字方法 | |
s.connect() | 主动发起 TCP 服务器连接 |
s.connect_ex() | connect()的扩展版本，此时会以错误码的形式返回问题，而不是抛出一个异常 |
普通的套接字方法 | |
s.recv() | 接收 TCP 消息 |
s.recv_into()① | 接收 TCP 消息到指定的缓冲区 |
s.send() | 发送 TCP 消息 |
|---|---|
s.sendall() | 完整地发送 TCP 消息 |
s.recvfrom() | 接收 UDP 消息 |
s.recvfrom_into()① | 接收 UDP 消息到指定的缓冲区 |
s.sendto() | 发送 UDP 消息 |
s.getpeername() | 连接到套接字（TCP）的远程地址 |
s.getsockname() | 当前套接字的地址 |
s.getsockopt() | 返回给定套接字选项的值 |
s.setsockopt() | 设置给定套接字选项的值 |
s.shutdown() | 关闭连接 |
s.close() | 关闭套接字 |
s.detach()② | 在未关闭文件描述符的情况下关闭套接字，返回文件描述符 |
s.ioctl()③ | 控制套接字的模式（仅支持 Windows） |
面向阻塞的套接字方法 | |
s.setblocking() | 设置套接字的阻塞或非阻塞模式 |
s.settimeout()④ | 设置阻塞套接字操作的超时时间 |
s.gettimeout()④ | 获取阻塞套接字操作的超时时间 |
面向文件的套接字方法 | |
s.fileno() | 套接字的文件描述符 |
s.makefile() | 创建与套接字关联的文件对象 |
数据属性 | |
s.family① | 套接字家族 |
s.type① | 套接字类型 |
s.proto① | 套接字协议 |
2.3执行TCP服务器和客户端
服务器：
#!/use/bin/env python
from socket import *
import time
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
tcpSerSock = socket(AF_INET)
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.listen(5)
while True:
print 'waiting to connection...'
tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept()
print '....connected from:',addr
while True:
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
if not data:
break
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
tcpCliSock.send('[%s] %s' % (lotime, data))
tcpCliSock.close()
tcpSerSock.close() 客户端：
#!/use/bin/env python
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
tcpCliSock = socket(AF_INET)
tcpCliSock.connect(ADDR)
while True:
data = raw_input('> ')
if not data:
break
tcpCliSock.send(data)
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
if not data:
break
print data
tcpCliSock.close()2.4.UDP服务器和客户端
服务器：
#!/use/bin/env python
from socket import *
import time
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
udpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
udpSerSock.bind(ADDR)
while True:
print('waittinng for meaasge...')
data, addr = udpSerSock.recvfrom(BUFSIZE)
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
udpSerSock.sendto(b'[%s] %s' %(lotime, data), addr)
print('...received from and returned to: ', addr)
udpSerSock.close()客户端：
#!/use/bin/env python
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
udpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
while True:
data = raw_input('> ')
if not data:
break
udpCliSock.sendto(data, ADDR)
data, addr = udpCliSock.recvfrom(BUFSIZE)
if not data:
break
print(data.decode('utf-8'))
udpCliSock.close()2.5.socket模块属性
除了属性的socket.socket()函数外，socket()模块还提供下面常见属性：
socket 模块属性
属 性 名 称 | 描 述 |
|---|---|
数据属性 | |
AF_UNIX、AF_INET、AF_INET6①、AF_NETLINK②、AF_TIPC③ | Python 中支持的套接字地址家族 |
SO_STREAM、SO_DGRAM | 套接字类型（TCP=流，UDP=数据报） |
has_ipv6④ | 指示是否支持 IPv6 的布尔标记 |
异常 | |
error | 套接字相关错误 |
herror① | 主机和地址相关错误 |
gaierror① | 地址相关错误 |
timeout | 超时时间 |
函数 | |
socket() | 以给定的地址家族、套接字类型和协议类型（可选）创建一个套接字对象 |
socketpair()⑤ | 以给定的地址家族、套接字类型和协议类型（可选）创建一对套接字对象 |
create_connection() | 常规函数，它接收一个地址（主机名，端口号）对，返回套接字对象 |
fromfd() | 以一个打开的文件描述符创建一个套接字对象 |
ssl() | 通过套接字启动一个安全套接字层连接；不执行证书验证 |
getaddrinfo()① | 获取一个五元组序列形式的地址信息 |
getnameinfo() | 给定一个套接字地址，返回（主机名，端口号）二元组 |
getfqdn()⑥ | 返回完整的域名 |
gethostname() | 返回当前主机名 |
gethostbyname() | 将一个主机名映射到它的 IP 地址 |
gethostbyname_ex() | gethostbyname()的扩展版本，它返回主机名、别名主机集合和 IP 地址列表 |
|---|---|
gethostbyaddr() | 将一个 IP 地址映射到 DNS 信息；返回与 gethostbyname_ex()相同的 3 元组 |
getprotobyname() | 将一个协议名（如‘tcp’）映射到一个数字 |
getservbyname()/getservbyport() | 将一个服务名映射到一个端口号，或者反过来；对于任何一个函数来说，协议名都是可选的 |
ntohl()/ntohs() | 将来自网络的整数转换为主机字节顺序 |
htonl()/htons() | 将来自主机的整数转换为网络字节顺序 |
inet_aton()/inet_ntoa() | 将 IP 地址八进制字符串转换成 32 位的包格式，或者反过来（仅用于 IPv4 地址） |
inet_pton()/inet_ntop() | 将IP 地址字符串转换成打包的二进制格式，或者反过来（同时适用于 IPv4 和IPv6 地址） |
getdefaulttimeout()/setdefaulttimeout() | 以秒（浮点数）为单位返回默认套接字超时时间；以秒（浮点数）为单位设置默认套接字超时时间 |
2.6.socketServer模块
虽说用Python编写简单的网络程序很方便，但复杂一点的网络程序还是用现成的框架比较 好。这样就可以专心事务逻辑，而不是套接字的各种细节。SocketServer模块简化了编写网络服务程序的任务。同时SocketServer模块也 是Python标准库中很多服务器框架的基础。
socketserver在python2中为SocketServer,在python3种取消了首字母大写，改名为socketserver。
socketserver中包含了两种类，一种为服务类（server class），一种为请求处理类（request handle class）。前者提供了许多方法：像绑定，监听，运行…… （也就是建立连接的过程） 后者则专注于如何处理用户所发送的数据（也就是事务逻辑）。
**一般情况下，所有的服务，都是先建立连接，也就是建立一个服务类的实例，然后开始处理用户请求，也就是建立一个请求处理类的实例。
SocketServer 模块类
类 | 描 述 |
|---|---|
BaseServer | 包含核心服务器功能和mix-in 类的钩子；仅用于推导，这样不会创建这个类的实例；可以用 TCPServer 或 UDPServer 创建类的实例 |
TCPServer/UDPServer | 基础的网络同步 TCP/UDP 服务器 |
UnixStreamServer/UnixDatagramServer | 基于文件的基础同步 TCP/UDP 服务器 |
ForkingMixIn/ThreadingMixIn | 核心派出或线程功能；只用作 mix-in 类与一个服务器类配合实现一些异步性；不能直接实例化这个类 |
ForkingTCPServer/ForkingUDPServer | ForkingMixIn 和 TCPServer/UDPServer 的组合 |
ThreadingTCPServer/ThreadingUDPServer | ThreadingMixIn 和 TCPServer/UDPServer 的组合 |
BaseRequestHandler | 包含处理服务请求的核心功能；仅仅用于推导，这样无法创建这个类的实例； 可以使用StreamRequestHandler 或 DatagramRequestHandler 创建类的实例 |
StreamRequestHandler/DatagramRequestHandler | 实现 TCP/UDP 服务器的服务处理器 |
服务端：
#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from SocketServer import (TCPServer as TCP, StreamRequestHandler as SRH)
import time
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
#重写SocketServer的子类StreamRequestHandler的handle方法，该方法默认没有任何行为
class MyRequestHandler(SRH):
def handle(self):
print '...connected from:', self.client_address
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
#readline()来获取客户端消息，write()将字符串发回客户端
self.wfile.write('[%s] %s' % (lotime, self.rfile.readline()))
#创建TCP服务器，并无限循环的等待客户端请求
tcpServ = TCP(ADDR, MyRequestHandler)
print 'waiting for conntion....'
tcpServ.serve_forever()客户端：
#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from socket import *
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZE = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
while True:
tcpCliSock = socket(AF_INET)
tcpCliSock.connect(ADDR)
data = raw_input('> ')
if not data:
break
tcpCliSock.send('%s\r\n' % data)
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZE)
if not data:
break
print data.strip()
tcpCliSock.close()2.7.Twisted框架
twisted是一个用python语言写的事件驱动的网络框架，他支持很多种协议，包括UDP,TCP,TLS和其他应用层协议，比如HTTP，SMTP，NNTM，IRC，XMPP/Jabber。 非常好的一点是twisted实现和很多应用层的协议，开发人员可以直接只用这些协议的实现。其实要修改Twisted的SSH服务器端实现非常简单。很多时候，开发人员需要实现protocol类。
一个Twisted程序由reactor发起的主循环和一些回调函数组成。当事件发生了，比如一个client连接到了server，这时候服务器端的事件会被触发执行。
安装方法：
进入链接https://pypi.org/simple/twisted/下载安装包进行安装。
方法二：
sudo apt-get install python-setuptools
sudo apt-get install python-dev
sudo easy_install twisted 服务端：#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from twisted.internet import protocol, reactor
import time
PORT = 21567
#获得protocol类并为时间戳服务器调用TSServProtocol，然后重写了connetctionMade()和dataReceived()方法
class TSServProtocol(protocol.Protocol):
#当客户端连接到服务器时就执行connectionMade()
def connectionMade(self):
clnt =self.clnt = self.transport.getPeer().host
print '...connected from:', clnt
#当服务器接收到客户端请求时执行dataReceived()
def dataReceived(self, data):
lotime = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
self.transport.write('[%s] %s' % (lotime, data))
factory = protocol.Factory()
factory.protocol = TSServProtocol
print 'waiting for connection ...'
reactor.listenTCP(PORT, factory)
reactor.run()客户端：
#!/use/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from twisted.internet import protocol, reactor
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
class TSClntProtocol(protocol.Protocol):
def sendData(self):
data = raw_input('> ')
if data:
print '...sending %s...' % data
self.transport.write(data)
else:
self.transport.loseConnection()
def connectionMade(self):
self.sendData()
def dataReceived(self, data):
print data
self.sendData()
class TSClntFactory(protocol.ClientFactory):
protocol = TSClntProtocol
clientConnectionLost = clientConnectionFalied = lambda self, connector, reason: reactor.stop()
reactor.connectTCP(HOST, PORT, TSClntFactory())
reactor.run()