python之網路編程本地的進程間通信（IPC）有很多種方式，但可以總結為下麵4類：消息傳遞（管道、FIFO、消息隊列）同步（互斥量、條件變數、讀寫鎖、文件和寫記錄鎖、信號量）共用記憶體（匿名的和具名的）遠程過程調用（Solaris門和Sun RPC）但這些都不是本文的主題！我們要討論的是 ...

python之網路編程

本地的進程間通信（IPC）有很多種方式，但可以總結為下麵4類：

消息傳遞（管道、FIFO、消息隊列）
同步（互斥量、條件變數、讀寫鎖、文件和寫記錄鎖、信號量）
共用記憶體（匿名的和具名的）
遠程過程調用（Solaris門和Sun RPC）

但這些都不是本文的主題！我們要討論的是網路中進程之間如何通信？首要解決的問題是如何唯一標識一個進程，否則通信無從談起！在本地可以通過進程PID來唯一標識一個進程，但是在網路中這是行不通的。其實TCP/IP協議族已經幫我們解決了這個問題，網路層的“ip地址”可以唯一標識網路中的主機，而傳輸層的“協議+埠”可以唯一標識主機中的應用程式（進程）。這樣利用三元組（ip地址，協議，埠）就可以標識網路的進程了，網路中的進程通信就可以利用這個標誌與其它進程進行交互。

使用TCP/IP協議的應用程式通常採用應用編程介面：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經被淘汰），來實現網路進程之間的通信。就目前而言，幾乎所有的應用程式都是採用socket，而現在又是網路時代，網路中進程通信是無處不在，這就是我為什麼說“一切皆socket”。

網路通信就是兩個進程在通信

網路編程對所有開發語言都是一樣的，Python也不例外。用Python進行網路編程，就是在Python程式本身這個進程內，連接別的伺服器進程的通信埠進行通信。

   （1） IP、TCP和UDP
    當您編寫socket應用程式的時候，您可以在使用TCP還是使用UDP之間做出選擇。它們都有各自的優點和缺點。
    TCP是流協議，而UDP是數據報協議。換句話說，TCP在客戶機和伺服器之間建立持續的開放連接，在該連接的生命期內，位元組可以通過該連接寫出（並且保證順序正確）。然而，通過 TCP 寫出的位元組沒有內置的結構，所以需要高層協議在被傳輸的位元組流內部分隔數據記錄和欄位。
    另一方面，UDP不需要在客戶機和伺服器之間建立連接，它只是在地址之間傳輸報文。UDP的一個很好特性在於它的包是自分隔的（self-delimiting），也就是一個數據報都準確地指出它的開始和結束位置。然而，UDP的一個可能的缺點在於，它不保證包將會按順序到達，甚至根本就不保證。當然，建立在UDP之上的高層協議可能會提供握手和確認功能。
    對於理解TCP和UDP之間的區別來說，一個有用的類比就是電話呼叫和郵寄信件之間的區別。在呼叫者用鈴聲通知接收者，並且接收者拿起聽筒之前，電話呼叫不是活動的。只要沒有一方掛斷，該電話通道就保持活動，但是在通話期間，他們可以自由地想說多少就說多少。來自任何一方的談話都按臨時的順序發生。另一方面，當你發一封信的時候，郵局在投遞時既不對接收方是否存在作任何保證，也不對信件投遞將花多長時間做出有力保證。接收方可能按與信件的發送順序不同的順序接收不同的信件，並且發送方也可能在他們發送信件是交替地接收郵件。與（理想的）郵政服務不同，無法送達的信件總是被送到死信辦公室處理，而不再返回給發送。

    （2）對等方、埠、名稱和地址
    除了TCP和UDP協議以外，通信一方（客戶機或者伺服器）還需要知道的關於與之通信的對方機器的兩件事情：IP地址或者埠。IP地址是一個32位的數據值，為了人們好記，一般用圓點分開的4組數字的形式來表示，比如：64.41.64.172。埠是一個16位的數據值，通常被簡單地表示為一個小於65536的數字。大多數情況下，該值介於10到100的範圍內。一個IP地址獲取送到某台機器的一個數據包，而一個埠讓機器決定將該數據包交給哪個進程/服務（如果有的話）。這種解釋略顯簡單，但基本思路是正確的。
    上面的描述幾乎都是正確的，但它也遺漏了一些東西。大多數時候，當人們考慮Internet主機（對等方）時，我們都不會記憶諸如64.41.64.172這樣的數字，而是記憶諸如gnosis.cx這樣的名稱。為了找到與某個特定主機名稱相關聯的IP地址，一般都使用功能變數名稱伺服器（DNS），但是有時會首先使用本地查找（經常是通過/etc/hosts的內容）。對於本教程，我們將一般地假設有一個IP地址可用，不過下麵討論編寫名稱查找代碼。

（3）主機名稱解析
命令行實用程式nslookup可以被用來根據符號名稱查找主機IP地址。實際上，許多常見的實用程式，比如ping或者網路配置工具，也會順便做同樣的事情。但是以編程方式做這樣的事情很簡單。

======================TCP/IP======================
應用層：它只負責產生相應格式的數據 ssh ftp nfs cifs dns http smtp pop3
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傳輸層：定義數據傳輸的兩種模式：
TCP（傳輸控制協議：面向連接，可靠的，效率相對不高）
UDP（用戶數據報協議：非面向連接，不可靠的，但效率高）
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網路層：連接不同的網路如乙太網、令牌環網
IP （路由，分片）、ICMP、 IGMP
ARP ( 地址解析協議，作用是將IP解析成MAC )
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數據鏈路層：乙太網傳輸
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物理層：主要任務是規定各種傳輸介質和介面與傳輸信號相關的一些特性
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TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即傳輸控制協議/網間協議，是一個工業標準的協議集，它是為廣域網（WANs）設計的。

TCP socket 由於在通向前需要建立連接，所以其模式較 UDP socket 負責些。

UDP（User Data Protocol，用戶數據報協議）是與TCP相對應的協議。它是屬於TCP/IP協議族中的一種。如圖：

UDP Socket圖：

UDP socket server 端代碼在進行bind後，無需調用listen方法。

TCP/IP協議族包括運輸層、網路層、鏈路層，
而socket所在位置如圖，Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟體抽象層。

Socket是什麼

socket起源於Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作。Socket就是該模式的一個實現，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉）.
說白了Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟體抽象層，它是一組介面。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對用戶來說，一組簡單的介面就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

註意：其實socket也沒有層的概念，它只是一個facade設計模式的應用，讓編程變的更簡單。是一個軟體抽象層。在網路編程中，我們大量用的都是通過socket實現的。

Socket是網路編程的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“打開了一個網路鏈接”，而打開一個Socket需要知道目標電腦的IP地址和埠號，再指定協議類型即可。

TCP編程

Socket是網路編程的一個抽象概念。通常我們用一個Socket表示“打開了一個網路鏈接”，而打開一個Socket需要知道目標電腦的IP地址和埠號，再指定協議類型即可。 TCP連接簡圖：三次握手，數據傳輸，四次揮手

socket中TCP的三次握手建立連接詳解

我們知道tcp建立連接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大致流程如下：

客戶端向伺服器發送一個SYN J
伺服器向客戶端響應一個SYN K，並對SYN J進行確認ACK J+1
客戶端再想伺服器發一個確認ACK K+1

只有就完了三次握手，但是這個三次握手發生在socket的那幾個函數中呢？請看下圖：

圖1、socket中發送的TCP三次握手

從圖中可以看出，當客戶端調用connect時，觸發了連接請求，向伺服器發送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態；伺服器監聽到連接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向客戶端發送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態；客戶端收到伺服器的SYN K ，ACK J+1之後，這時connect返回，並對SYN K進行確認；伺服器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。

總結：客戶端的connect在三次握手的第二個次返回，而伺服器端的accept在三次握手的第三次返回。

5、socket中TCP的四次握手釋放連接詳解

上面介紹了socket中TCP的三次握手建立過程，及其涉及的socket函數。現在我們介紹socket中的四次握手釋放連接的過程，請看下圖：

圖2、socket中發送的TCP四次握手

圖示過程如下：

某個應用進程首先調用close主動關閉連接，這時TCP發送一個FIN M；
另一端接收到FIN M之後，執行被動關閉，對這個FIN進行確認。它的接收也作為文件結束符傳遞給應用進程，因為FIN的接收意味著應用進程在相應的連接上再也接收不到額外數據；
一段時間之後，接收到文件結束符的應用進程調用close關閉它的socket。這導致它的TCP也發送一個FIN N；
接收到這個FIN的源發送端TCP對它進行確認。

這樣每個方向上都有一個FIN和ACK。

Python3 網路編程

Python 提供了兩個級別訪問的網路服務。：

低級別的網路服務支持基本的 Socket，它提供了標準的 BSD Sockets API，可以訪問底層操作系統Socket介面的全部方法。
高級別的網路服務模塊 SocketServer，它提供了伺服器中心類，可以簡化網路伺服器的開發。

什麼是 Socket?

Socket又稱"套接字"，應用程式通常通過"套接字"向網路發出請求或者應答網路請求，使主機間或者一臺電腦上的進程間可以通訊。

socket和file的區別：

file模塊是針對某個指定文件進行【打開】【讀寫】【關閉】
socket模塊是針對伺服器端和客戶端Socket 進行【打開】【讀寫】【關閉】

伺服器端先初始化Socket，然後與埠綁定(bind)，對埠進行監聽(listen)，調用accept阻塞，等待客戶端連接。在這時如果有個客戶端初始化一個Socket，然後連接伺服器(connect)，如果連接成功，這時客戶端與伺服器端的連接就建立了。客戶端發送數據請求，伺服器端接收請求並處理請求，然後把回應數據發送給客戶端，客戶端讀取數據，最後關閉連接，一次交互結束。

socket()函數

Python 中，我們用 socket（）函數來創建套接字，語法格式如下：

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

參數

family: 套接字家族可以使AF_UNIX或者AF_INET
type: 套接字類型可以根據是面向連接的還是非連接分為SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
protocol: 一般不填預設為0.

簡單實例

服務端

我們使用 socket 模塊的 socket 函數來創建一個 socket 對象。socket 對象可以通過調用其他函數來設置一個 socket 服務。

現在我們可以通過調用 bind(hostname, port) 函數來指定服務的 port(埠)。

接著，我們調用 socket 對象的 accept 方法。該方法等待客戶端的連接，並返回 connection 對象，表示已連接到客戶端。

完整代碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 #!/usr/bin/python3 # 文件名：server.py # 導入 socket、sys 模塊 import socket import sys # 創建 socket 對象 serversocket = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 獲取本地主機名 host = socket.gethostname() port = 9999 # 綁定埠 serversocket.bind((host, port)) # 設置最大連接數，超過後排隊 serversocket.listen(5) while True: # 建立客戶端連接 clientsocket,addr = serversocket.accept() print("連接地址: %s" % str(addr)) msg='歡迎訪問python教程！'+ "\r\n" clientsocket.send(msg.encode('utf-8')) clientsocket.close()

客戶端

接下來我們寫一個簡單的客戶端實例連接到以上創建的服務。埠號為 12345。

socket.connect(hosname, port ) 方法打開一個 TCP 連接到主機為 hostname 埠為 port 的服務商。連接後我們就可以從服務端後期數據，記住，操作完成後需要關閉連接。

完整代碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 #!/usr/bin/python3 # 文件名：client.py # 導入 socket、sys 模塊 import socket import sys # 創建 socket 對象 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 獲取本地主機名 host = socket.gethostname() # 設置埠好 port = 9999 # 連接服務，指定主機和埠 s.connect((host, port)) # 接收小於 1024 位元組的數據 msg = s.recv(1024) s.close() print (msg.decode('utf-8'))

先執行server端，然後打開client端就能看到結果

客戶端

大多數連接都是可靠的TCP連接。創建TCP連接時，主動發起連接的叫客戶端，被動響應連接的叫伺服器。

舉個例子，當我們在瀏覽器中訪問新浪時，我們自己的電腦就是客戶端，瀏覽器會主動向新浪的伺服器發起連接。如果一切順利，新浪的伺服器接受了我們的連接，一個TCP連接就建立起來的，後面的通信就是發送網頁內容了。

所以，我們要創建一個基於TCP連接的Socket，可以這樣做：

1 2 3 4 5 6 7 # 導入socket庫: import socket # 創建一個socket: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 建立連接: s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

創建Socket時，AF_INET指定使用IPv4協議，如果要用更先進的IPv6，就指定為AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協議，這樣，一個Socket對象就創建成功，但是還沒有建立連接。

客戶端要主動發起TCP連接，必須知道伺服器的IP地址和埠號。新浪網站的IP地址可以用功能變數名稱www.sina.com.cn自動轉換到IP地址，但是怎麼知道新浪伺服器的埠號呢？

答案是作為伺服器，提供什麼樣的服務，埠號就必須固定下來。由於我們想要訪問網頁，因此新浪提供網頁服務的伺服器必須把埠號固定在80埠，因為80埠是Web服務的標準埠。其他服務都有對應的標準埠號，例如SMTP服務是25埠，FTP服務是21埠，等等。埠號小於1024的是Internet標準服務的埠，埠號大於1024的，可以任意使用。

因此，我們連接新浪伺服器的代碼如下：

1	`s.connect(('www.sina.com.cn',` `80))`

註意參數是一個tuple，包含地址和埠號。

建立TCP連接後，我們就可以向新浪伺服器發送請求，要求返迴首頁的內容：

1 2	`# 發送數據:` `s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')`

TCP連接創建的是雙向通道，雙方都可以同時給對方發數據。但是誰先發誰後發，怎麼協調，要根據具體的協議來決定。例如，HTTP協議規定客戶端必須先發請求給伺服器，伺服器收到後才發數據給客戶端。

發送的文本格式必須符合HTTP標準，如果格式沒問題，接下來就可以接收新浪伺服器返回的數據了：

接收數據時，調用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()返回空數據，表示接收完畢，退出迴圈。

當我們接收完數據後，調用close()方法關閉Socket，這樣，一次完整的網路通信就結束了：

1 2	`# 關閉連接:` `s.close()`

接收到的數據包括HTTP頭和網頁本身，我們只需要把HTTP頭和網頁分離一下，把HTTP頭列印出來，網頁內容保存到文件：

1 2 3 4 5 header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1) print(header.decode('utf-8')) # 把接收的數據寫入文件: with open('sina.html', 'wb') as f: f.write(html)

現在，只需要在瀏覽器中打開這個sina.html文件，就可以看到新浪的首頁了。

伺服器

和客戶端編程相比，伺服器編程就要複雜一些。

伺服器進程首先要綁定一個埠並監聽來自其他客戶端的連接。如果某個客戶端連接過來了，伺服器就與該客戶端建立Socket連接，隨後的通信就靠這個Socket連接了。

所以，伺服器會打開固定埠（比如80）監聽，每來一個客戶端連接，就創建該Socket連接。由於伺服器會有大量來自客戶端的連接，所以，伺服器要能夠區分一個Socket連接是和哪個客戶端綁定的。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。

但是伺服器還需要同時響應多個客戶端的請求，所以，每個連接都需要一個新的進程或者新的線程來處理，否則，伺服器一次就只能服務一個客戶端了。

我們來編寫一個簡單的伺服器程式，它接收客戶端連接，把客戶端發過來的字元串加上Hello再發回去。

首先，創建一個基於IPv4和TCP協議的Socket：

1	`s` `=` `socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)`

然後，我們要綁定監聽的地址和埠。伺服器可能有多塊網卡，可以綁定到某一塊網卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0綁定到所有的網路地址，還可以用127.0.0.1綁定到本機地址。127.0.0.1是一個特殊的IP地址，表示本機地址，如果綁定到這個地址，客戶端必須同時在本機運行才能連接，也就是說，外部的電腦無法連接進來。

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。請註意，小於1024的埠號必須要有管理員許可權才能綁定：

1 2	`# 監聽埠:` `s.bind(('127.0.0.1',` `9999))`

緊接著，調用listen()方法開始監聽埠，傳入的參數指定等待連接的最大數量：

1 2	`s.listen(5)` `print('Waiting for connection...')`

接下來，伺服器程式通過一個永久迴圈來接受來自客戶端的連接，accept()會等待並返回一個客戶端的連接:

1 2 3 4 5 6 while True: # 接受一個新連接: sock, addr = s.accept() # 創建新線程來處理TCP連接: t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr)) t.start()

每個連接都必須創建新線程（或進程）來處理，否則，單線程在處理連接的過程中，無法接受其他客戶端的連接：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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 closed.' % addr)

連接建立後，伺服器首先發一條歡迎消息，然後等待客戶端數據，並加上Hello再發送給客戶端。如果客戶端發送了exit字元串，就直接關閉連接。

要測試這個伺服器程式，我們還需要編寫一個客戶端程式：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 建立連接: s.connect(('127.0.0.1', 9999)) # 接收歡迎消息: print(s.recv(1024).decode('utf-8')) for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']: # 發送數據: s.send(data) print(s.recv(1024).decode('utf-8')) s.send(b'exit') s.close()

我們需要打開兩個命令行視窗，一個運行伺服器程式，另一個運行客戶端程式，就可以看到效果了：

UDP編程

TCP是建立可靠連接，並且通信雙方都可以以流的形式發送數據。相對TCP，UDP則是面向無連接的協議。

使用UDP協議時，不需要建立連接，只需要知道對方的IP地址和埠號，就可以直接發數據包。但是，能不能到達就不知道了。

雖然用UDP傳輸數據不可靠，但它的優點是和TCP比，速度快，對於不要求可靠到達的數據，就可以使用UDP協議。

我們來看看如何通過UDP協議傳輸數據。和TCP類似，使用UDP的通信雙方也分為客戶端和伺服器。伺服器首先需要綁定埠：

1 2 3 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 綁定埠: s.bind(('127.0.0.1', 9999))

創建Socket時，SOCK_DGRAM指定了這個Socket的類型是UDP。綁定埠和TCP一樣，但是不需要調用listen()方法，而是直接接收來自任何客戶端的數據：

1 2 3 4 5 6 print 'Bind UDP on 9999...' while True: # 接收數據: data, addr = s.recvfrom(1024) print 'Received from %s:%s.' % addr s.sendto('Hello, %s!' % data, addr)

recvfrom()方法返回數據和客戶端的地址與埠，這樣，伺服器收到數據後，直接調用sendto()就可以把數據用UDP發給客戶端。

註意這裡省掉了多線程，因為這個例子很簡單。

客戶端使用UDP時，首先仍然創建基於UDP的Socket，然後，不需要調用connect()，直接通過sendto()給伺服器發數據：

1 2 3 4 5 6 7 s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) for data in ['Michael', 'Tracy', 'Sarah']: # 發送數據: s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999)) # 接收數據: print s.recv(1024) s.close()

從伺服器接收數據仍然調用recv()方法。

小結

UDP的使用與TCP類似，但是不需要建立連接。此外，伺服器綁定UDP埠和TCP埠互不衝突，也就是說，UDP的9999埠與TCP的9999埠可以各自綁定。