Python 套接字教程¶

Python Socket 教程 展示了如何使用套接字进行 Python 网络编程。套接字编程是低级的，本教程的目的是介绍包括这些低级详细信息的网络编程。有更高级的 Python API，例如 Twisted，可能更适合。

在编程中，套接字是网络上运行的两个程序之间通信的端点。套接字用于在客户端程序和服务器程序之间创建连接。

Python 的socket模块提供了与 Berkeley 套接字 API 的接口。

注意: 在网络中，术语socket有不同的含义，它用于IP地址和端口号的组合。

网络协议¶

TCP / IP 是设备用于在 Internet 和大多数本地网络上进行通信的一组协议。 TCP 更可靠，具有大量错误检查并需要更多资源。 HTTP，SMTP 或 FTP 等服务使用它。 UDP 的可靠性要差得多，错误检查的能力也有限，所需资源也更少。 VoIP 等服务使用它。

socket.SOCK_STREAM用于为 TCP 创建套接字，而socket.SOCK_DGRAM为 UDP 创建套接字。

地址族¶

创建套接字时，必须指定其地址族。然后，我们只能在套接字中使用该类型的地址。

AF_UNIX，AF_LOCAL-本地通讯
AF_INET-IPv4 Internet 协议
AF_INET6-IPv6 Internet 协议
AF_IPX-IPX-Novell 协议
AF_BLUETOOTH-无线蓝牙协议
AF_PACKET-底层数据包接口

对于AF_INET地址族，指定了一对（主机，端口）。 host是一个字符串，表示互联网域表示法中的主机名（如example.com）或 IPv4 地址（如93.184.216.34），并且 port 是整数。

Python 获取 IP 地址¶

使用gethostbyname()，我们获得主机的 IP 地址。

get_ip.py

#!/usr/bin/env python

import socket

ip = socket.gethostbyname('example.com')
print(ip)

该示例打印example.com的 IP 地址。

1 2	`$ ./get_ip.py 93.184.216.34`

这是输出。

Python UDP 套接字示例¶

UDP 是一种通信协议，它通过网络传输独立的数据包，不保证到达且也不保证传递顺序。使用 UDP 的一项服务是每日报价（QOTD）。

qotd_client.py

#!/usr/bin/env python

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s:

    message = b''
    addr = ("djxmmx.net", 17)

    s.sendto(message, addr)

    data, address = s.recvfrom(1024)
    print(data.decode())

该示例创建一个连接到 QOTD 服务的客户端程序。

1	`import socket`

我们导入socket模块。

1	`with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s:`

创建了用于 IPv4 的数据报套接字。

1	`message = b''`

我们发送空消息； QOTD 服务通过向套接字发送任意数据来工作；它只是用引号引起来。为了通过 TCP / UDP 进行通信，我们使用二进制字符串。

1	`addr = ("djxmmx.net", 17)`

我们提供地址和端口。

1	`s.sendto(message, addr)`

我们使用sendto()方法发送数据。

1	`data, address = s.recvfrom(1024)`

UDP 套接字使用recvfrom()接收数据。它的参数是缓冲区大小。返回值是一对（数据，地址），其中数据是代表接收到的数据的字节字符串，而地址是发送数据的套接字的地址。

1	`print(data.decode())`

我们将解码后的数据打印到终端。

$ ./qotd_client.py
"Oh the nerves, the nerves; the mysteries of this machine called man!
    Oh the little that unhinges it, poor creatures that we are!"
    Charles Dickens (1812-70)

Python TCP 套接字示例¶

是提供当前时间的服务器。客户端无需任何命令即可直接连接到服务器，服务器以当前时间作为响应。

注意: 时间服务器来来去去，所以我们可能需要找到一个工作的服务器 https://www.ntppool.org/en/.

time_client.py

#!/usr/bin/env python

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:

    host = "time.nist.gov"
    port = 13

    s.connect((host, port))
    s.sendall(b'')
    print(str(s.recv(4096), 'utf-8'))

该示例通过连接到时间服务器的 TCP 套接字来确定当前时间。

1	`with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:`

创建用于 IPv4 的 TCP 套接字。

1 2	`host = "time.nist.gov" port = 13`

这是工作时间服务器的主机名和端口号。

1	`s.connect((host, port))`

我们使用connect()连接到远程套接字。

1	`s.sendall(b'')`

sendall()方法将数据发送到套接字。套接字必须连接到远程套接字。它继续从字节发送数据，直到发送完所有数据或发生错误为止。

1	`print(str(s.recv(4096), 'utf-8'))`

我们打印接收到的数据。 recv()方法从套接字接收最多 buffersize 个字节。当没有数据可用时，它将阻塞，直到至少一个字节可用或直到远端关闭为止。当远端关闭并读取所有数据时，它将返回一个空字节字符串。

Python 套接字 HEAD 请求¶

HEAD 请求是没有消息正文的 GET 请求。请求/响应的标头包含元数据，例如 HTTP 协议版本或内容类型。

head_request.py

#!/usr/bin/env python

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:

    s.connect(("webcode.me" , 80))
    s.sendall(b"HEAD / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\n\r\n")
    print(str(s.recv(1024), 'utf-8'))

在示例中，我们向webcode.me发送 HEAD 请求。

1	`s.sendall(b"HEAD / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\n\r\n")`

用HEAD命令发出头请求，后跟资源 URL 和 HTTP 协议版本。请注意，\r\n是通信过程中必不可少的部分。在 RFC 7231 文档中描述了详细信息。

$ head_request.py
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.6.2
Date: Sun, 08 Sep 2019 11:23:25 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 348
Last-Modified: Sat, 20 Jul 2019 11:49:25 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5d32ffc5-15c"
Accept-Ranges: bytes

Python 套接字 GET 请求¶

HTTP GET 方法请求指定资源的表示形式。使用 GET 的请求应仅检索数据。

get_request.py

#!/usr/bin/env python

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:

    s.connect(("webcode.me" , 80))
    s.sendall(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\nConnection: close\r\n\r\n")

    while True:

        data = s.recv(1024)

        if not data:
            break

        print(data.decode())

该示例使用 GET 请求读取webcode.me的主页。

1	`s.sendall(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: webcode.me\r\nAccept: text/html\r\nConnection: close\r\n\r\n")`

对于 HTTP 1.1 协议，默认情况下，连接可以是持久的。这就是为什么我们发送Connection: close标头的原因。

while True:

    data = s.recv(1024)

    if not data:
        break

    print(data.decode())

我们使用 while 循环来处理接收到的数据。如果没有错误发生，则recv()返回接收到的字节。如果连接已正常关闭，则返回值为空字节字符串。 recv()是一种阻止方法，直到完成它，或者达到超时或发生另一个异常为止。

$ ./get_request.py
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.6.2
Date: Sun, 08 Sep 2019 11:39:34 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 348
Last-Modified: Sat, 20 Jul 2019 11:49:25 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5d32ffc5-15c"
Access-Control-Allow-Origin: *
Accept-Ranges: bytes

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>My html page</title>
</head>
<body>

    <p>
        Today is a beautiful day. We go swimming and fishing.
    </p>

    <p>
         Hello there. How are you?
    </p>

</body>
</html>

回显客户端服务器示例¶

回显服务器将来自客户端的消息发送回去。这是用于测试和学习的经典示例。

echo_server.py

#!/usr/bin/env python

import socket
import time

with socket.socket() as s:

    host = 'localhost'
    port = 8001

    s.bind((host, port))
    print(f'socket binded to {port}')

    s.listen()

    con, addr = s.accept()

    with con:

        while True:

            data = con.recv(1024)

            if not data:
                break

            con.sendall(data)

回显服务器将客户端消息发送回客户端。

1 2	`host = 'localhost' port = 8001`

服务器在端口 8001 上的 localhost 上运行。

1	`s.bind((host, port))`

bind()方法建立通信端点。它将套接字绑定到指定的地址。套接字必须尚未绑定。（地址的格式取决于地址系列。）

1	`s.listen()`

listen()方法使服务器可以接受连接。服务器现在可以侦听套接字上的连接。 listen()具有backlog参数。它指定系统在拒绝新连接之前允许的不可接受的连接数。自 Python 3.5 起，此参数是可选的。如果未指定，则选择默认的积压值。

1	`con, addr = s.accept()`

使用accept()，服务器接受连接。它阻止并等待传入连接。套接字必须绑定到一个地址并监听连接。返回值是一对（con，addr），其中 con 是可用于在连接上发送和接收数据的新套接字对象，而 addr 是绑定到连接另一端上的套接字的地址。

请注意，accept()创建了一个新的套接字，用于与客户端进行通信，该套接字与侦听套接字不同。

echo_client.py

#!/usr/bin/env python

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:

    host = "localhost"
    port = 8001

    s.connect((host, port))
    s.sendall(b'hello there')
    print(str(s.recv(4096), 'utf-8'))

客户端将消息发送到回显服务器。

异步服务器示例¶

为了提高服务器的性能，我们可以使用asyncio模块。

async_server.py

#!/usr/bin/env python

# from threading import current_thread

import asyncio

async def handle_client(reader, writer):

    data = (await reader.read(1024))

    writer.write(data)
    writer.close()

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.create_task(asyncio.start_server(handle_client, 'localhost', 8001))
loop.run_forever()

现在，我们可以测试阻塞服务器和非阻塞服务器的性能。

1	`$ ab -c 50 -n 1000 http://localhost:8001/`

例如，我们可以使用 Apache 基准测试工具测试性能。在我们的例子中，命令发送 1000 个请求，一次发送 50 个。

在本教程中，我们展示了如何在 Python 中使用套接字创建简单的网络程序。