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p y t h o n 网 络 通 信 P y t h o n 网 络 通 信 概 述         在 我 们 平 时 生 活 工 作 中 ， 常 常 会 接 触 到 网 络 通 信 的 内 容 ， 不 管 你 是 普 通 的 用 户 ， 还 是 通 信 行 业 内 的 开 发 人 员 ， 都 无 法 避 免 与 网 络 通 信 打 交 道 。 我 在 初 步 学 习 p y t h o n 的 过 程 中 ， 对 p y t h o n 的 网 络 通 信 问 题 做 了 总 结 ， 所 以 写 下 这 篇 文 章 作 为 记 录 ， 也 希 望 能 给 其 他 初 学 者 一 些 引 导 和 启 发 。 这 篇 文 章 的 主 要 内 容 如 下 ：         1 . 在 深 入 讲 解 之 前 ， 我 们 先 介 绍 一 些 背 景 信 息 ；         2 . 介 绍 套 接 字 的 概 念 ；         3 . 展 示 如 何 用 P y t h o n 来 实 现 简 单 的 网 络 应 用 程 序 。 客 户 端 / 服 务 器 架 构 （ C / S 架 构 ）                 什 么 是 客 户 端 / 服 务 器 架 构 ？ 总 的 来 说 ， 某 一 个 特 定 的 对 象 ， 并 没 有 严 格 的 客 户 端 或 者 服 务 器 之 分 ， 区 分 的 标 准 在 于 ， 在 实 现 网 络 通 信 的 过 程 中 ， 该 对 象 的 行 为 模 式 决 定 了 它 是 客 户 端 还 是 服 务 端 。 服 务 器 ： 为 一 个 或 者 多 个 客 户 端 （ 用 户 ） 提 供 所 需 “ 服 务 的 一 系 列 硬 件 或 者 软 件 。 工 作 流 程 可 以 简 单 概 括 为 ： 等 待 请 求 、 响 应 并 提 供 服 务 、 等 待 下 一 个 请 求 。 客 户 端 ： 因 特 定 请 求 而 联 系 服 务 器 ， 接 收 服 务 并 处 理 相 关 事 务 的 一 方 。 客 户 端 可 以 持 续 向 服 务 器 发 送 请 求 ， 也 可 以 在 结 束 事 务 请 求 后 不 再 发 出 请 求 。   因 特 网 上 典 型 的 C / S 架 构 通 信 端 点 与 套 接 字 （ s o c k e t ）                 在 服 务 器 相 应 客 户 端 的 请 求 之 前 ， 双 方 需 要 进 行 一 系 列 的 准 备 工 作 。 首 先 需 要 创 建 一 个 通 信 端 点 ， 服 务 器 通 过 该 通 信 端 点 监 听 客 户 端 的 请 求 （ 当 然 ， 实 际 的 网 络 通 信 中 ， 处 理 不 同 类 型 的 消 息 会 使 用 不 同 类 型 的 通 信 端 点 ， 从 而 进 行 区 分 ） 。                 在 网 络 通 信 中 ， 我 们 常 用 的 一 种 通 信 端 点 为 套 接 字 （ s o c k e t ） ， 在 通 信 开 始 之 前 ， 网 络 应 用 程 序 都 需 要 创 建 套 接 字 。 套 接 字 的 分 类     1 . 基 于 文 件 的 套 接 字                 U N I X 套 接 字 是 我 们 所 讲 的 套 接 字 的 第 一 个 家 族 ， 并 且 拥 有 一 个 “ 家 族 名 字 ” ： A F _ U N I X （ 又 名 A F _ L O C A L , 在 P O S I X 1 . g 标 准 中 指 定 ） ， 它 代 表 地 址 家 族 （ a d d r e s s f a m i l y ） ： U N I X 。                 包 括 P y t h o n 在 内 的 大 多 数 受 欢 迎 的 平 台 都 使 用 术 语 地 址 家 族 及 其 缩 写 A F ； 其 他 比 较 旧 的 系 统 可 能 会 将 地 址 家 族 表 示 成 域 ( d o m a i n ) 或 协 议 家 族 ( p r o t o c o l f a m i l y ) ， 并 使 用 其 缩 写 P F 而 非 A F 。 类 似 地 , A F _ L O C A L ( 在 2 0 0 0 ~ 2 0 0 1 年 标 准 化 ) 将 代 替 A F _ U N I X 。 然 而 ， 考 虑 到 后 向 兼 容 性 , 很 多 系 统 都 同 时 使 用 二 者 ， 只 是 对 同 一 个 常 数 使 用 不 同 的 别 名 。 P y t h o n 本 身 仍 然 在 使 用 A F _ U N I X 。     2 . 面 向 网 络 的 套 接 字                 它 也 有 自 己 的 家 族 名 字 A F _ I N E T ， 或 者 地 址 家 族 ： 因 特 网 。 另 一 个 地 址 家 族 A F _ I N E T 6 用 于 第 6 版 因 特 网 协 议 ( I P v 6 ) 寻 址 。 （ 还 有 其 他 的 地 址 家 族 ， 这 些 要 么 是 专 业 的 、 过 时 的 、 很 少 使 用 的 , 要 么 是 仍 未 实 现 的 。 ） 在 所 有 的 地 址 家 族 之 中 , 目 前 A F _ I N E T 是 使 用 得 最 广 泛 的 。                 总 的 来 说 , P y t h o n 只 支 持 A F _ U N I X 、 A F _ N E T L I N K 、 A F _ T I P C 和 A F _ I N E T 家 族 。 下 面 的 内 容 中 , 我 们 将 使 用 A F _ I N E T 。 套 接 字 地 址 ： 主 机 端 口 对         正 如 我 们 在 现 实 生 活 中 打 电 话 一 样 ， 套 接 字 的 通 信 需 要 一 些 记 号 用 作 识 别 功 能 。 我 们 打 电 话 的 时 候 ， 可 以 通 过 区 号 和 电 话 号 码 的 组 合 找 到 要 呼 叫 的 用 户 ； 在 s o c k e t 通 信 中 ， 我 们 通 过 主 机 端 口 对 找 到 通 信 的 对 象 。         我 们 都 知 道 ， 通 过 u r l 或 者 i p 地 址 ， 我 们 可 以 在 互 联 网 中 找 到 特 定 的 主 机 。 在 每 一 台 主 机 中 ， 不 同 的 端 口 号 会 用 作 不 同 的 通 信 用 途 。 只 要 确 定 的 主 机 和 端 口 号 ， 就 可 以 在 网 络 中 唯 一 确 定 一 个 ” 通 信 端 点 “ ， 也 就 是 找 到 了 所 要 进 行 通 信 的 套 接 字 的 地 址 了 。         需 要 说 明 的 是 ， 有 效 的 端 口 号 范 围 是 0 ～ 6 5 5 3 5 （ 小 于 1 0 2 4 的 端 口 号 预 留 给 了 系 统 ） 。 一 般 来 说 ， 其 余 的 端 口 号 我 们 都 可 以 根 据 实 际 的 需 要 进 行 使 用 。 面 向 连 接 的 套 接 字 与 无 连 接 的 套 接 字     1 . 面 向 连 接 的 套 接 字 （ T C P ）         也 称 为 虚 拟 电 路 或 流 套 接 字 。 主 要 提 供 序 列 化 的 、 可 靠 的 、 不 重 复 的 数 据 ， 它 可 以 将 消 息 拆 分 成 多 个 片 段 ， 确 保 每 一 条 片 段 都 顺 利 到 达 目 的 地 ， 然 后 按 照 顺 序 组 合 在 一 起 ， 最 后 将 完 整 的 消 息 传 递 给 正 在 等 待 的 应 用 程 序 。         实 现 的 主 要 协 议 是 传 输 控 制 协 议 （ T C P ） 。 创 建 T C P 套 接 字 时 ， 必 须 使 用 S O C K _ S T R E A M 作 为 套 接 字 类 型 。     2 . 无 连 接 的 套 接 字 （ U D P ）                 又 称 为 数 据 报 类 型 的 套 接 字 。 在 传 输 过 程 中 无 法 保 证 其 顺 序 性 、 可 靠 性 、 重 复 性 ， 事 实 上 所 发 送 的 报 文 有 可 能 最 后 并 没 有 到 达 ， 也 有 可 能 存 在 重 复 的 消 息 。         我 们 之 所 以 还 继 续 使 用 数 据 报 ， 这 是 相 对 于 面 向 连 接 的 套 接 字 来 看 的 。 由 于 维 护 T C P 连 接 需 要 大 量 的 开 销 ， 发 送 数 据 报 能 够 保 证 成 本 更 加 ” 低 廉 “ ， 所 以 通 常 能 提 供 更 好 的 性 能 ， 并 且 可 能 更 适 合 某 一 些 类 型 的 应 用 程 序 。         实 现 的 主 要 协 议 是 用 户 数 据 报 协 议 （ U D P ） 。 创 建 U D P 套 接 字 ， 必 须 使 用 S O C K _ D G R A M 作 为 套 接 字 类 型 。 P y t h o n 中 的 网 络 编 程 s o c k e t ( ) 模 块 函 数                 要 创 建 套 接 字 ， 必 须 使 用 s o c k e t . s o c k e t ( ) 函 数 ， 它 的 一 般 语 法 如 下 ： s o c k e t ( s o c k e t _ f a m i l y , s o c k e t _ t y p e , p r o t o c o l = 0 )                 其 中 ， s o c k e t _ f a m i l y 是 A F _ U N I X 或 者 A F _ I N E T ， s o c k e t _ t y p e 是 S O C K _ S T R E A M 或 者 S O C K _ D G R A M ， p r o t o c o l 通 常 省 略 ， 默 认 为 0 。                 在 p y t h o n 编 程 中 ， 我 们 首 先 在 文 件 最 开 始 的 地 方 引 用 需 要 用 到 的 模 块 ， 在 这 里 ， 我 们 使 用 “ f r o m s o c k e t i m p o r t * ， 通 过 这 样 的 引 用 ， 就 可 以 向 下 面 这 样 直 接 创 建 套 接 字 ： t c p S o c k = s o c k e t ( A F _ I N E T , S O C K _ S T R E A M ) u d p S o c k = s o c k e t ( A F _ I N E T , S O C K _ D G R A M )         成 功 创 建 套 接 字 后 ， 我 们 就 可 以 调 用 套 接 字 对 象 的 内 置 方 法 进 行 其 他 的 操 作 了 。 具 体 的 内 容 可 以 查 看 p y t h o n 的 文 档 。 T C P 通 信 1 . 创 建 T C P 服 务 器         以 下 是 一 个 T C P 服 务 器 程 序 ， 它 接 受 客 户 端 发 送 的 字 符 串 ， 将 其 打 上 时 间 戳 之 后 ， 再 返 回 给 客 户 端 。 二 话 不 说 ， 先 贴 代 码 ：   T C P 时 间 戳 服 务 器 第 1 ～ 4 行 ：                 声 明 运 行 环 境 ， 导 入 s o c k e t 模 块 和 t i m e . c t i m e ( ) 。 第 6 ～ 1 0 行 ：         指 定 主 机 地 址 、 工 作 端 口 号 、 接 收 缓 存 的 长 度 。 H O S T 和 P O R T 共 同 组 成 A D D R ， 体 现 的 就 是 上 面 我 们 所 说 的 ” 主 机 端 口 对 “ 。 服 务 器 端 的 H O S T 为 空 ， 表 示 它 可 以 使 用 任 意 可 用 的 地 址 。 第 1 2 ～ 1 4 行 ：         创 建 套 接 字 ， 把 套 接 字 绑 定 到 服 务 器 地 址 ， 开 启 T C P 监 听 。 第 1 6 ～ 3 2 行 ：         进 入 服 务 器 的 无 限 循 环 ， 不 断 等 待 接 收 客 户 端 的 连 接 。 在 第 1 8 行 ， 我 们 通 过 a c c e p t ( ) 获 取 到 客 户 端 的 t c p C l i S o c k 和 a d d r ， 于 是 后 续 可 以 通 过 这 个 t c p C l i S o c k 专 门 处 理 该 客 户 端 的 事 务 （ 从 而 与 其 他 请 求 的 客 户 端 区 分 开 来 ） 。 在 第 2 2 行 ， 使 用 r e c v ( ) 接 收 消 息 ， 如 果 消 息 为 空 ， 则 跳 出 循 环 ， 关 闭 当 前 客 户 端 的 连 接 ， 然 后 继 续 等 待 连 接 ； 如 果 不 为 空 ， 则 把 消 息 解 析 出 来 ， 添 加 时 间 戳 ， 经 过 重 新 编 码 成 A S C I I 字 节 后 ， 通 过 s e n d ( ) 发 送 回 去 给 客 户 端 。 在 这 个 程 序 里 ， 第 3 2 行 不 会 执 行 ， 只 是 用 于 提 醒 编 写 程 序 的 人 ， 在 使 用 这 一 套 程 序 时 ， 必 须 要 考 虑 到 合 理 科 学 的 退 出 方 式 ， 正 确 地 调 用 c l o s e ( ) 方 法 。         这 里 需 要 强 调 的 是 ， 由 于 p y t h o n 的 编 码 问 题 ， 所 以 我 们 的 消 息 在 主 机 端 时 要 进 行 解 码 后 才 能 正 确 显 示 （ 如 d e c o d e ( ) ） ， 进 行 编 码 后 才 能 发 送 到 网 络 端 去 （ 如 e n c o d e ( ) ， b y t e s ( ) ） 。 不 管 是 在 服 务 器 还 是 客 户 端 ， 我 们 都 需 要 考 虑 到 这 个 情 况 。 2 . 创 建 T C P 客 户 端         创 建 客 户 端 比 服 务 器 要 简 单 很 多 。 客 户 端 与 服 务 器 建 立 连 接 ， 发 送 字 符 串 给 服 务 器 ， 从 服 务 器 接 收 添 加 了 时 间 戳 的 消 息 并 打 印 。 发 送 空 字 符 串 即 可 关 闭 套 接 字 ， 退 出 这 次 连 接 。 代 码 实 例 如 下 ：   T C P 时 间 戳 客 户 端 第 1 ～ 3 行 ：                 声 明 运 行 环 境 ， 导 入 s o c k e t 模 块 。 第 5 ～ 9 行 ：                 指 定 主 机 地 址 、 工 作 端 口 号 、 接 收 缓 存 的 长 度 。 H O S T 和 P O R T 共 同 组 成 A D D R ， 体 现 的 就 是 上 面 我 们 所 说 的 ” 主 机 端 口 对 “ 。 这 里 的 H O S T 为 服 务 器 端 所 在 主 机 的 地 址 ， 由 于 我 是 在 本 地 进 行 通 信 测 试 的 ， 所 以 地 址 设 置 为 1 2 7 . 0 . 0 . 1 （ l o c a l h o s t ) 。 在 实 际 网 络 通 信 的 时 候 ， 根 据 具 体 的 情 况 进 行 相 应 的 修 改 。 客 户 端 填 写 的 P O R T 必 须 与 服 务 器 填 写 的 P O R T 对 应 才 能 正 常 通 信 。 第 1 1 ～ 1 2 行 ：                 创 建 套 接 字 ， 主 动 调 用 并 通 过 c o n n e c t ( ) 连 接 到 服 务 器 。 第 1 4 ～ 2 5 行 ：         进 行 无 限 循 环 ： 客 户 端 填 写 要 发 送 的 消 息 ， 发 送 后 等 待 接 收 服 务 器 的 回 复 ， 接 收 到 结 果 后 将 结 果 打 印 。 当 客 户 端 输 入 的 内 容 为 空 ， 或 者 服 务 器 断 开 连 接 、 客 户 端 接 收 失 败 时 ， 即 退 出 循 环 ， 调 用 c l o s e ( ) 函 数 ， 关 闭 客 户 端 的 套 接 字 。         同 样 的 ， 发 送 消 息 前 ， 我 们 需 要 对 数 据 进 行 编 码 ， 接 收 的 结 果 ， 也 需 要 进 行 解 码 后 才 能 正 常 显 示 出 来 。 如 果 我 们 想 要 将 代 码 改 成 相 应 的 i p v 6 的 形 式 ， 我 们 只 需 要 把 H O S T 改 成 “ : : 1 ” ， s o c k _ f a m i l y 改 成 A F _ I N E T 6 即 可 。 U D P 通 信 1 . 创 建 U D P 服 务 器         U D P 服 务 器 实 现 的 功 能 与 T C P 基 本 一 致 ， 主 要 的 区 别 在 于 U D P 服 务 器 不 是 面 向 连 接 的 ， 所 以 只 需 要 等 待 客 户 端 的 请 求 ， 回 复 消 息 即 可 ， 不 需 要 将 成 功 连 接 的 客 户 端 “ 转 换 ” 到 一 个 独 立 的 套 接 字 的 操 作 。 示 例 代 码 如 下 ：   U D P 时 间 戳 服 务 器 第 1 ～ 4 行 ：                 声 明 运 行 环 境 ， 导 入 s o c k e t 模 块 和 t i m e . c t i m e ( ) 。 第 6 ～ 1 0 行 ：         与 T C P 相 同 ， 指 定 主 机 地 址 、 工 作 端 口 号 、 接 收 缓 存 的 长 度 。 H O S T 和 P O R T 共 同 组 成 A D D R ， 体 现 的 就 是 上 面 我 们 所 说 的 ” 主 机 端 口 对 “ 。 服 务 器 端 的 H O S T 为 1 2 7 . 0 . 0 . 1 ， 表 示 它 使 用 本 地 主 机 地 址 。 第 1 2 ～ 1 3 行 ：                 创 建 套 接 字 ， 把 套 接 字 绑 定 到 服 务 器 地 址 ， 绑 定 后 直 接 等 待 接 收 ， 不 需 要 监 听 。 第 1 5 ～ 2 4 行 ：                 进 入 服 务 器 的 无 限 循 环 ， 不 断 等 待 接 收 客 户 端 的 连 接 。 在 第 1 7 行 ， 使 用 r e c v f r o m ( ) 接 收 消 息 ， 同 时 获 取 通 信 客 户 端 的 地 址 对 信 息 。 紧 接 着 把 消 息 解 析 出 来 ， 添 加 时 间 戳 ， 经 过 重 新 编 码 成 A S C I I 字 节 后 ， 通 过 s e n d t o ( ) 发 送 回 去 给 客 户 端 ， 此 时 由 于 服 务 器 没 有 与 客 户 端 维 护 连 接 ， 所 以 要 指 定 发 送 的 地 址 对 信 息 。 同 样 的 ， 在 这 个 程 序 里 ， 第 2 4 行 不 会 执 行 ， 只 是 用 于 提 醒 编 写 程 序 的 人 ， 在 使 用 这 一 套 程 序 时 ， 必 须 要 考 虑 到 合 理 科 学 的 退 出 方 式 ， 正 确 地 调 用 c l o s e ( ) 方 法 。 2 . 创 建 U D P 客 户 端         原 理 非 常 简 单 ， 上 面 都 有 提 及 到 ， 就 不 作 详 细 说 明 了 。 直 接 贴 代 码 ：   U D P 时 间 戳 客 户 端 关 于 服 务 器 退 出 的 问 题         最 后 再 提 以 下 服 务 器 退 出 的 问 题 。 在 开 发 中 ， 一 种 相 对 比 较 友 好 的 退 出 方 式 是 ： 将 服 务 器 的 w h i l e 部 分 放 在 一 个 t r y e x c e p t 的 t r y 子 句 中 ， 并 监 控 E O F E r r o r 和 K e y b o a r d I n t e r r u p t 异 常 ， 这 样 就 可 以 在 e x c e p t 或 者 f i n a l l y 子 句 中 关 闭 服 务 器 的 套 接 字 。 粤 I C P 备 1 8 1 4 7 2 3 5 号 粤 公 网 安 备 4 4 0 3 0 5 0 2 0 0 8 3 7 8 号

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