Python的网络编程(一)_级联失效模型python代码-优快云博客

一、网络知识的一些介绍

socket是网络连接端点。例如当你的Web浏览器请求www.pythontik.com上的主页时，你的Web浏览器创建一个socket并命令它去连接www.pythontik.com的Web服务器主机，Web服务器也对来自的请求在一个socket上进行监听。两端使用各自的socket来发送和接收信息。

在使用的时候，每个socket都被绑定到一个特定的IP地址和端口。IP地址是一个由4个数组成的序列，这4个数均是范围0~255中的值（例如，220,176,36,76)；端口数值的取值范围是0~65535。端口数小于1024的都是为众所周知的网络服务所保留的（例如Web服务使用的80端口）；最大的保留数被存储在socket模块的IPPORT_RESERVED变量中。你也可以为你的程序使用另外的端口数值。

不是所有的IP地址都对世界的其它地方可见。实际上，一些是专门为那些非公共的地址所保留的（比如形如192.168.y.z或10.x.y.z）。地址127.0.0.1是本机地址；它始终指向当前的计算机。程序可以使用这个地址来连接运行在同一计算机上的其它程序。

IP地址不好记，你可以花点钱为特定的IP地址注册一个主机名或域名（比如使用www.pythontik.com代替222.76.216.16）。域名服务器（DNS）处理名字到IP地址的映射。每个计算机都可以有一个主机名，即使它没有在官方注册。

多少信息通过一个网络被传送基于许多因素，其中之一就是使用的协议。许多的协议是基于简单的、低级协议以形成一个协议栈。例如HTTP协议，它是用在Web浏览器与Web服务器之间通信的协议，它是基于TCP协议，而TCP协议又基于IP协议。

当在你自己的两个程序间传送信息的时候，你通常选择TCP或UDP协议。TCP协议在两端间建立一个持续的连接，并且你所发送的信息有保证的按顺序到达它们的目的地。UDP不建立连接，它的速度快但不可靠。你发送的信息也可能到不了另一端；或它们没有按顺序到达。有时候一个信息的多个复制到达接收端，即使你只发送了一次。

二、使用地址和主机名

socket模块提供了几个函数用于使用主机名和地址来工作。

gethostname()返回运行程序所在的计算机的主机名：

>>> import socket
>>> socket.gethostname()
'lenovo'

gethostbyname(name)尝试将给定的主机名解释为一个IP地址。首先将检查当前计算机是否能够解释。如果不能，一个解释请求将发送给一个远程的DNS服务器（远程的DNS服务器还可能将解释请求转发给另一个DNS服务器，直到该请求可以被处理）。gethostbyname函数返回这个IP地址或在查找失败后引发一个异常。

>>> socket.gethostbyname('lenovo')
'192.168.1.4'
>>> socket.gethostbyname('www.pythontik.com')
'222.76.216.16'

一个扩展的形式是gethostbyname_ex(name)，它返回一个包含三个元素的元组，分别是给定地址的主要的主机名、同一IP地址的可选的主机名的一个列表、关于同一主机的同一接口的其它IP地址的一个列表（列表可能都是空的）。

>>> socket.gethostbyname('www.163.com')
'60.191.81.49'
>>> socket.gethostbyname_ex('www.163.com')
('www.cache.split.netease.com', ['www.163.com'], ['60.191.81.48', '60.191.81.49
, '60.191.81.50', '60.191.81.51', '60.191.81.52', '60.191.81.53', '60.191.81.54
, '220.181.28.50', '220.181.28.51', '220.181.28.52', '220.181.28.53', '220.181.
8.54', '220.181.31.182', '220.181.31.183', '220.181.31.184'])

gethostbyaddr(address)函数的作用与gethostbyname_ex相同，只是你提供给它的参数是一个IP地址字符串：

>>> socket.gethostbyaddr('202.165.102.205')
('homepage.vip.cnb.yahoo.com', ['www.yahoo.com.cn'], ['202.165.102.205'])

getservbyname(service,protocol)函数要求一个服务名（如'telnet'或'ftp'）和一个协议（如'tcp'或'udp'），返回服务所使用的端口号：

>>>socket.getservbyname('http','tcp')
80
>>>socket.getservbyname('telnet','tcp)
23

通常，非Python程序以32位字节包的形式存储和使用IP地址。inet_aton(ip_addr)和inet_ntoa(packed)函数在这个形式和IP地址间作转换：

>>> socket.inet_aton('222.76.216.16')
'/xdeL/xd8/x10'
>>> socket.inet_ntoa('/xdeL/xd8/x10')
'222.76.216.16'

socket也定义了一些变量来代表保留的IP地址。INADDR_ANY和INADDR_BROADCAST是被保留的IP地址分别代表任意IP地址和广播地址；INADDR_LOOPBACK代表loopback设备，总是地址127.0.0.1。这些变量是32位字节数字形式的。

getfqdn([name])函数返回关于给定主机名的全域名（如果省略，则返回本机的全域名）。

三、使用低级的socket通信

尽管Python提供了一些封装，使得使用socket更容易，但是你也可以直接使用socket来工作。

1、创建和销毁socket

socket模块中的socket(family,type[,proto])函数创建一个新的socket对象。family的取值通常是AF_INET。type的取值通常是SOCK_STREAM(用于定向的连接，可靠的TCP连接)或SOCK_DGRAM(用于UDP)：

>>> from socket import *
>>> s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

family和type参数暗指了一个协议，但是你可以使用socket的第三个可选的参数（proto的取值如IPPROTO_TCP或IPPROTO_RAW）来指定所使用的协议。代替使用IPPROTO_XX变量，你可以使用函数getprotobyname：

>>> getprotobyname('tcp')
6
>>> IPPROTO_TCP
6

fromfd(fd,type[,proto])是一个很少被使用的函数，它用来从打开的一个文件描述符创建一个socket对象（文件描述符由文件的fileno()方法返回）。文件描述符与一个真实的socket连接，而非一个文件。socket对象的fileno()方法返回关于这个socket的文件描述符。

当你使用完工socket对象时，你应调用close()方法显式的关闭socket以尽快释放资源（尽管socket被垃圾回收器回收时将自动被关闭）。另外，你也可以使用shutdown(how)方法来关闭连接一边或两边。参数0阻止socket接收数据，1阻止发送，2阻止接收和发送。

2、连接socket

当两个socket连接时(例如使用TCP)，一端监听和接收进来的连接，而另一端发起连接。临听端创建一个socket，调用bind(address)函数去绑定一个特定的地址和端口，调用listen(backlog)来临听进来的连接，最后调用accept()来接收这个新的，进来的连接,下面是在服务器端的代码：

>>> s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
>>> s.bind(('127.0.0.1',44444))
>>> s.listen(1)
>>> q,v=s.accept() #返回socket q和地址v

注意：上面的代码将一直处于等待直到连接被建立。下面我们再打开另一个Python解释器，用作客户端；然后键入如下代码：
>>> from socket import *
>>> s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
>>> s.connect(('127.0.0.1',44444) #发起连接

好了，我们验证一下连接是否建立了。我们在服务器端键入以下代码来发送一条信息：

>>> q.send('hello,i come from pythontik.com')
31 #发送的字节数

在客户端键入以下代码来接收信息：
>>> s.recv(1024)
'hello,i come from pythontik.com'

你传递给bind和connect的地址是一个关于AF_INET的socket的元组(ipAddress,port)。代替connect，你也可以调用connect_ex(address)方法。如果背后对C的connect的调用返回一个错误，那么connect_ex也将返回一个错误（否则返回0代表成功），代替引发一个异常。

当你调用listen时，你给了它一个参数，这个数值表示在等待队列中允许放置的进来的连接总数。当等待队列已满时，如果有更多的连接到达，那么远程端将被告知连接被拒绝。在socket模块中的SOMAXCONN变量表明了等待队列所能容纳的最大量。

accept()方法返回形如bind和connect的一个地址，代表远程socket的地址。下面显示变量v的值：

>>> v
('127.0.0.1', 1334)

UDP是不定向的连接，但是你仍然可以使用给定的目的地址和端口来调用connect去关联一个socket。

3、发送和接收数据

函数send(string[,flags])发送给定的字符串到远程socket。sendto(string[,flags],address)发送给定的字符串到一个特定的地址。通常，send方法用于可靠连接的socket，sendto方法用于不可靠连接的socket，但是如果你在一个UDP socket上调用connect来使它与一个特定的目标建立联系，那么这时你也可以使用send方法来代替sendto。

send和sendto都返回实际发送的字节数。当你快速发送大量的数据的时候，你可能想去确保全部信息已被发送，那么你可以使用如下的一个函数：

def safeSend(sock,msg):
     sent=0
     while msg:
         i=sock.send(msg)
         if i==-1: #发生了错误
             return -1
         sent+=i
         msg=msg[i:]
         time.sleep(25)
     return   sent

recv(bufsize[,flags])方法接收一个进来的消息。如果有大量的数据在等待，它只返回前面的bufsize字节数的数据。recvfrom(bufsize[,flags])做同样的事，除了它使用AF_INET socket的返回值是(data,(ipAddress,port)),这便于你知道消息来自哪儿（这对于非连接的socket是有用的）。

send,sendto,recv和recvfrom方法都有一个可选的参数flags，默认值为0。你可以通过对socket.MSG_*变量进行组合（按位或）来建立flags的值。这些值因平台而有所不同，但是最通用的值如下所示：

MSG_OOB:处理带外数据（既TCP紧急数据）。
MSG_DONTROUTE:不使用路由表；直接发送到接口。
MSG_PEEK:返回等待的数据且不把它们从队列中删除。

例如，如果你有一个打开的socket，它有一个消息等待被接收，你可以接收这个消息后并不把它从进来的数据的队列中删除：

>>> q.recv(1024,MSG_PEEK)
'hello'
>>> q.recv(1024,MSG_PEEK) #因为没有删除，所以你可以再得到它。
'hello'

makefile([mode[,bufsize]])方法返回一个文件类对象，其中封装了socket，以便于你以后将它传递给要求参数为一个文件的代码（或许你喜欢使用文件的方法来代替send和recv）。这个可选的mode和bufsize参数的取值和内建的open函数一样。