Python程序開發(fā)案例教程（第2版）課件 第13章 網(wǎng)絡(luò)編程

第13章網(wǎng)絡(luò)編程《Python程序開發(fā)案例教程（第2版））》學(xué)習(xí)目標(biāo)/Target

了解協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)，能夠說出五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中各層的功能，區(qū)分TCP協(xié)議和UDP協(xié)議的特點了解數(shù)據(jù)傳輸流程，能夠說出兩個進程通信的數(shù)據(jù)傳輸流程了解網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠說出C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)的特點了解IP地址和端口號，能夠說出它們的作用及特點掌握socket套接字的創(chuàng)建方式，能夠通過socket()方法創(chuàng)建基于TCP通信的流式套接字學(xué)習(xí)目標(biāo)/Target

熟悉socket通信流程，能夠歸納面向連接通信和面向非連接通信的流程

掌握socket內(nèi)置方法，能夠通過這些方法實現(xiàn)socket通信掌握基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室功能，能夠?qū)崿F(xiàn)基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室掌握基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，能夠?qū)崿F(xiàn)基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

掌握并發(fā)服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)單進程非阻塞服務(wù)器、多進程并發(fā)服務(wù)器以及多線程并發(fā)服務(wù)器章節(jié)概述/Summary隨著計算機與互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛滲透到社會生活的各個方面，無論是操作系統(tǒng)還是手機應(yīng)用，都與網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)編程是Python學(xué)習(xí)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能夠幫助讀者理解網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換，掌握構(gòu)建高效可靠的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的技能。本章將對Python中網(wǎng)絡(luò)編程的相關(guān)知識進行講解。目錄/Contents010203網(wǎng)絡(luò)概述socket網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室目錄/Contents040506基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實例2：TCP文件下載TCP并發(fā)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)概述13.1

先定一個小目標(biāo)！了解協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)，能夠說出五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中各層的功能，區(qū)分TCP協(xié)議和UDP協(xié)議的特點13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中存在多臺主機，為保證主機間能順利通訊，且通信雙方可以獲取到準(zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)，應(yīng)制訂一組用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則，這組規(guī)則就是協(xié)議。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)中常見的體系結(jié)構(gòu)有OSI（開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型）和TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議模型）。OSI由國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ISO制定，共分為七層，由上而下依次為應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，雖然OSI由ISO制定，但其實用性較差，并未得到廣泛應(yīng)用。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在OSI誕生時，因特網(wǎng)已實現(xiàn)了全世界的基本覆蓋，因此市面上應(yīng)用最廣泛的體系結(jié)構(gòu)為因特網(wǎng)中使用的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含四層，分別為應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)在計算機網(wǎng)絡(luò)中通常以一種包含五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)來講解各層之間的功能與聯(lián)系，這種體系結(jié)構(gòu)結(jié)合OSI和TCP/IP的優(yōu)點，分為應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。物理層：計算機體系結(jié)構(gòu)的最底層，它為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。數(shù)據(jù)鏈路層：簡稱鏈路層，它將從網(wǎng)絡(luò)層獲取的數(shù)據(jù)報組裝成幀，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間以幀為單位傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層：為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。在進行通信時，網(wǎng)絡(luò)層會將從傳輸層獲取的報文段或數(shù)據(jù)報進行封裝，形成分組或包。這些數(shù)據(jù)或包通常被稱為數(shù)據(jù)報。傳輸層：為應(yīng)用進程提供連接服務(wù)，實現(xiàn)連接兩端進程的會話。應(yīng)用層：為應(yīng)用進程提供服務(wù)，定義了應(yīng)用進程間通信和交互的規(guī)則。1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)OSI、TCP/IP和五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)各層對應(yīng)關(guān)系。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)2.協(xié)議計算機網(wǎng)絡(luò)通信基于TCP/IP，TCP/IP實際上是協(xié)議族，它由多種協(xié)議構(gòu)成，包括TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、IP協(xié)議等等，其中TCP、UDP協(xié)議應(yīng)用在傳輸層；IP協(xié)議應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)層。TCP協(xié)議即傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol），該協(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸協(xié)議。在傳遞數(shù)據(jù)之前，收發(fā)雙方會先通過一種被稱為“三次握手”的協(xié)商機制建立連接，為數(shù)據(jù)傳輸做好準(zhǔn)備。為了防止報文段丟失，TCP會給每個數(shù)據(jù)段一個序號，使接收端按序號順序接收數(shù)據(jù)。若接收端正常接收到報文段，向發(fā)送端發(fā)送一個確認信息；若發(fā)送端在一定的時延后未接收到確認信息，便假設(shè)報文段已丟失，并重新向接收端發(fā)送對應(yīng)報文段。此外，TCP協(xié)議中定義了一個校驗函數(shù)，用于檢測發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，防止產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)TCP協(xié)議13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)TCP協(xié)議通信結(jié)束后，通信雙方經(jīng)過“四次握手”關(guān)閉連接。因為TCP連接是全雙工的，全雙工是指交換機在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進行，類似語音通話，雙方在說話的同時也能夠聽到對方的聲音，所以每個方向必須單獨關(guān)閉連接，即連接的一端需先發(fā)送關(guān)閉信息到另一端，當(dāng)關(guān)閉信息發(fā)送后，發(fā)送關(guān)閉信息的一端不會再發(fā)送信息，但另一端仍可向該端發(fā)送信息。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)UDP協(xié)議UDP協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，它是一種無連接的傳輸層協(xié)議。UDP的收發(fā)雙方?jīng)]有建立連接，當(dāng)按照UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時，發(fā)送方使用套接字文件發(fā)送數(shù)據(jù)報給接收方，之后可立即使用同一個套接字發(fā)送其他數(shù)據(jù)報給另一個接收方；同樣的，接收方也可以通過相同的套接字接收由多個發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)UDP協(xié)議UDP不對數(shù)據(jù)報進行編號，它不保證接收方以正確的順序接收到完整的數(shù)據(jù)，但會將數(shù)據(jù)報的長度隨數(shù)據(jù)發(fā)送給接收方。雖然UDP面向無連接的通信，不能如TCP般很好地保證數(shù)據(jù)的完整性和正確性，但UDP處理速度快，耗費資源少，因此在對數(shù)據(jù)完整性要求低、對傳輸效率要求高的應(yīng)用中一般使用UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)IP協(xié)議IP協(xié)議的兩個基本功能為尋址和分段。傳輸層的數(shù)據(jù)封裝完成后沒有直接發(fā)送到接收方，而是先遞達網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層又在原數(shù)據(jù)報前添加IP首部，封裝成IP數(shù)據(jù)報，并解析數(shù)據(jù)報中的目的地址，為其選擇傳輸路徑，將數(shù)據(jù)報發(fā)送到接收方。IP協(xié)議中這種選擇傳輸路徑的功能稱為路由功能。此外，IP協(xié)議可重新組裝數(shù)據(jù)報，改變數(shù)據(jù)報的大小，以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)包大小的要求。需要說明的是，IP協(xié)議不提供端到端或結(jié)點到結(jié)點的確認，只檢測報頭中的校驗碼，不提供可靠的傳輸服務(wù)。13.1.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)IP協(xié)議雖然各層使用的協(xié)議互不相同，但協(xié)議通常都由以下3個部分組成：①待交互數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和格式；②進行交互的方式，包括數(shù)據(jù)的類型、對數(shù)據(jù)的處理動作等；③事件實現(xiàn)順序的說明。一組完整的協(xié)議不僅需要考慮通信雙方在正常情況下的動作，還應(yīng)考慮到通信時可能出現(xiàn)的異常，并對異常情況下通信雙方的動作做出規(guī)定。

先定一個小目標(biāo)！了解數(shù)據(jù)傳輸流程，能夠說出兩個進程通信的數(shù)據(jù)傳輸流程13.1.2數(shù)據(jù)傳輸流程數(shù)據(jù)傳輸流程13.1.2數(shù)據(jù)傳輸流程數(shù)據(jù)傳輸流程13.1.2數(shù)據(jù)傳輸流程數(shù)據(jù)傳輸流程兩個進程進行通信時，數(shù)據(jù)傳輸流程以及數(shù)據(jù)的變化情況如下：（1）來自一個進程的數(shù)據(jù)遞達應(yīng)用層，應(yīng)用層根據(jù)本層協(xié)議在數(shù)據(jù)的頭部添加相應(yīng)控制信息h5，之后將數(shù)據(jù)傳向傳輸層。（2）傳輸層接收來自應(yīng)用層的信息，并通過TCP協(xié)議或UDP協(xié)議添加控制信息h4（TCP首部或UDP首部），添加完成后作為數(shù)據(jù)段或數(shù)據(jù)包傳向網(wǎng)絡(luò)層。（3）網(wǎng)絡(luò)層接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)段或數(shù)據(jù)包，為其添加控制信息h3（IP首部）并封裝為IP數(shù)據(jù)報，傳遞到數(shù)據(jù)鏈路層。13.1.2數(shù)據(jù)傳輸流程數(shù)據(jù)傳輸流程兩個進程進行通信時，數(shù)據(jù)傳輸流程以及數(shù)據(jù)的變化情況如下：（4）數(shù)據(jù)鏈路層接收到來自網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報，在IP數(shù)據(jù)報的頭部和尾部分別添加控制信息h2，封裝成數(shù)據(jù)幀并傳遞到物理層。（5）物理層接收到來自數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀，將其轉(zhuǎn)化為由0、1代碼組成的比特流，再傳送到物理傳輸媒介。（6）物理傳輸媒介中的比特流經(jīng)路由轉(zhuǎn)發(fā)，首先遞達另一個進程所在的物理傳輸媒介中，然后按照TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議，將比特流格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，依次去除數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層添加的控制信息，最后將原始數(shù)據(jù)傳送給另一個進程。體系結(jié)構(gòu)中各層的實現(xiàn)建立在其下一層所提供的服務(wù)上，且本層繼續(xù)向上層提供服務(wù)，各層之間的常用協(xié)議以及層級關(guān)系如圖所示。13.1.2數(shù)據(jù)傳輸流程數(shù)據(jù)傳輸流程

先定一個小目標(biāo)！了解網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠說出C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)的特點13.1.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)13.1.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)，其中C/S架構(gòu)即客戶機（Client）/服務(wù)器（Server）模式，這種架構(gòu)需要在進行通信的兩端分別架設(shè)客戶機和服務(wù)器，常見的基于C/S架構(gòu)的有銀行系統(tǒng)中的ATM機、打印店中的電腦與打印機等；B/S架構(gòu)是瀏覽器（Browser）/服務(wù)器（Server）架構(gòu)，這是WEB（WorldWideWeb，萬維網(wǎng)）興起后的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，客戶機只需安裝瀏覽器，便可與服務(wù)器進行交互，常見的B/S架構(gòu)如百度、谷歌等瀏覽器建設(shè)、大多學(xué)校使用的校園網(wǎng)，以及公司內(nèi)網(wǎng)等。C/S架構(gòu)與B/S架構(gòu)示意圖如圖所示。13.1.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都符合客戶端/服務(wù)器模式，它們最大的區(qū)別在于客戶端是否需要特定的硬件支持。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)13.1.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的客戶端主動發(fā)出請求，服務(wù)器被動地提供服務(wù)。服務(wù)器一般需要永久運行，以便能隨時接收并處理用戶請求；而客戶端只在需要時啟動?？蛻舳?服務(wù)器之間可以是一對一、多對一的關(guān)系，也可以是多對多的關(guān)系。

先定一個小目標(biāo)！了解IP地址和端口號，能夠說出它們的作用及特點13.1.4IP地址和端口號1.IP地址IP地址用于在網(wǎng)絡(luò)上標(biāo)記唯一一臺計算機。網(wǎng)絡(luò)中包含多個小型的網(wǎng)絡(luò)與眾多主機，若主機pc1要向主機pc2發(fā)送信息，那么pc1必須能在這個網(wǎng)絡(luò)中找到pc2，這要求pc2在整個網(wǎng)絡(luò)中有一個唯一標(biāo)識，這個每臺主機在網(wǎng)絡(luò)中的唯一標(biāo)識就是IP地址。13.1.4IP地址和端口號1.IP地址由于使用四個字段表示的IP地址難以閱讀和記憶，人們發(fā)明了域名系統(tǒng)，域名系統(tǒng)中的每個域名都對應(yīng)唯一一個IP地址，即使用域名或者與域名對應(yīng)的IP地址可以訪問網(wǎng)絡(luò)上的同一臺主機。例如，使用域名“”或者IP地址“4”都能訪問百度的主機。域名和IP地址也被稱為主機名（hostname）。13.1.4IP地址和端口號2.端口號IP地址只能確定網(wǎng)絡(luò)中的主機，要確定主機中的進程，還需用到端口號（port）。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，端口號是一臺主機中進程的唯一標(biāo)識，因此一個進程在向另一個進程發(fā)送數(shù)據(jù)時，要使用“IP地址+端口號”確定網(wǎng)絡(luò)中的唯一進程。端口號的最大取值為65535，其中0~1024號端口一般由系統(tǒng)進程占用，用戶可到網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資料上查看由國際因特網(wǎng)地址分配委員會維護的官方已分配的端口列表。用戶在編寫自己的服務(wù)器時，可以選擇一個大于1024、小于65535的端口號來標(biāo)識自己的服務(wù)器，但要注意選擇空閑的端口號，避免與其他服務(wù)器產(chǎn)生沖突。13.1.4IP地址和端口號socket網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)13.2

先定一個小目標(biāo)！掌握socket套接字的創(chuàng)建方式，能夠通過socket()方法創(chuàng)建基于TCP通信的流式套接字13.2.1socket套接字socket()方法Python有一個名為socket的模塊，該模塊包含了網(wǎng)絡(luò)編程的類、方法、函數(shù)等。利用socket模塊中的構(gòu)造方法socket()可以創(chuàng)建一個socket對象，socket()方法的語法格式下：socket(family=AF_INET,type=SOCK_STREAM,proto=0,fileno=None)語法格式13.2.1socket套接字family：用于指定地址族，默認值為AF_INET，表示可用于地址為IPv4格式的進程間通信。type：用于指定socket的類型，該參數(shù)決定socket的通信方式。proto：用于指定與特定的地址族相關(guān)的協(xié)議，默認值為0，表示由系統(tǒng)根據(jù)地址格式和套接字類型自動選擇合適的協(xié)議。fileno：用于為套接字文件設(shè)置文件描述符，默認設(shè)置為None，表示由系統(tǒng)分配。通過socket()方法創(chuàng)建socket對象，示例代碼如下：importsocket#創(chuàng)建socket對象，指定socket的類型為流式套接字socket_tcp=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#創(chuàng)建socket對象，指定socket的類型為數(shù)據(jù)報式套接字socket_udp=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)示例13.2.1socket套接字socket()方法

先定一個小目標(biāo)！掌握socket套接字的創(chuàng)建方式，能夠通過socket()方法創(chuàng)建基于TCP通信的流式套接字13.2.2socket通信流程1.面向連接的通信13.2.2socket通信流程根據(jù)socket的類型，網(wǎng)絡(luò)通信又分為基于TCP協(xié)議、面向連接的通信和基于UDP、面向無連接的通信。面向連接的通信類似日常生活中的電話服務(wù)。在電話服務(wù)中，接電話的一方需要保持電話暢通，以便可隨時接收他人發(fā)送的通話請求；在電話連通之后，通話的雙方可以開始交換數(shù)據(jù)。1.面向連接的通信13.2.2socket通信流程面向連接的通信流程如圖所示。1.面向連接的通信13.2.2socket通信流程在面向連接的通信中，服務(wù)器的工作流程如下：（1）使用socket()方法創(chuàng)建socket對象；（2）使用bind()方法將服務(wù)器進程與端口地址綁定；（3）使用listen()方法開啟服務(wù)器監(jiān)聽；（4）使用accept()方法阻塞等待接受客戶端的連接請求；（4）當(dāng)有客戶端請求遞達時，使用recv()方法接收客戶端發(fā)送的請求數(shù)據(jù)；（5）服務(wù)器處理接收到的數(shù)據(jù)，并可能進行相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯處理。（6）處理完成后使用send()方法向客戶端反饋應(yīng)答數(shù)據(jù)（響應(yīng)數(shù)據(jù)）。（7）若仍有需求則繼續(xù)進行數(shù)據(jù)接收和反饋的操作，否則使用close()方法關(guān)閉socket對象。需要說明的是，由于服務(wù)器需要一直保持運行，所以通常情況下服務(wù)器不會關(guān)閉監(jiān)聽的socket。除非遇到特殊情況，例如需要停止服務(wù)器進行維護，才會關(guān)閉服務(wù)器監(jiān)聽的socket。1.面向連接的通信13.2.2socket通信流程在面向連接的通信中，客戶端的工作流程如下：（1）使用socket()方法創(chuàng)建socket對象；（2）使用connect()方法向服務(wù)端發(fā)起連接；（3）連接建立后，使用send()方法向服務(wù)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)；（4）使用recv()方法接收服務(wù)器返回的應(yīng)答數(shù)據(jù)（響應(yīng)數(shù)據(jù)）；（5）若仍有需求則繼續(xù)進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的操作，否則使用close()方法關(guān)閉socket對象，并向服務(wù)器發(fā)送請求結(jié)束通知。2.面向非連接的通信13.2.2socket通信流程面向非連接的通信與生活中的郵件投遞類似。在郵件投遞中，接收郵件的一方無需一直等待發(fā)送郵件的一方發(fā)起連接請求，發(fā)送郵件的一方只需知道接收方的收件地址，便可直接投遞郵件。同樣，在面向非連接的通信中，接收方無需主動等待發(fā)送方的連接請求，發(fā)送方只需要知道接收方的地址，就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。2.面向非連接的通信面向非連接的通信流程如圖所示。13.2.2socket通信流程面向非連接的通信流程與面向連接的通信流程大致相同，區(qū)別在于面向非連接的通信中，客戶端不再發(fā)起連接請求，而是使用sendto()方法向指定的服務(wù)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)；服務(wù)器則使用recvfrom()方法接收數(shù)據(jù)，并使用sendto()方法將應(yīng)答數(shù)據(jù)（響應(yīng)數(shù)據(jù)）反饋到客戶端。13.2.2socket通信流程2.面向非連接的通信

先定一個小目標(biāo)！掌握socket內(nèi)置方法，能夠通過這些方法實現(xiàn)socket通信13.2.3socket內(nèi)置方法常用內(nèi)置方法13.2.3socket內(nèi)置方法socket模塊為socket對象定義了一些內(nèi)置方法，通過這些內(nèi)置方法，可以實現(xiàn)socket通信，常用的方法如表所示。方法說明bind()將套接字與指定的通信地址綁定listen()將套接字變?yōu)楸O(jiān)聽套接字，并設(shè)置允許等待接受的最大連接數(shù)setblocking()設(shè)置套接字的阻塞狀態(tài)，默認為True表示阻塞，F(xiàn)alse表示非阻塞connect()向指定地址發(fā)起連接請求accept()接受連接請求send()/sendto()發(fā)送數(shù)據(jù)/向指定地址的進程發(fā)送數(shù)據(jù)recv()/recvfrom()接收數(shù)據(jù)close()關(guān)閉套接字1.bind()方法13.2.3socket內(nèi)置方法確?？蛻舳四軠?zhǔn)確地找到服務(wù)器，服務(wù)器的地址通常是固定的。在創(chuàng)建服務(wù)器的socket后，需要通過bind()方法將服務(wù)器的socket與服務(wù)器地址綁定，bind()方法的語法格式如下：bind(address)語法格式address：該參數(shù)是一個形如(hostname,port)的元組，元組中的第一個元素hostname是一個字符串，表示主機地址；第二個元素port是一個整數(shù)，表示進程端口號。當(dāng)元組中的hostname為空字符串時，進程使用本機的任意IP地址作為主機地址。假設(shè)當(dāng)前服務(wù)器的socket為socket_server，主機名為“1”，端口號為“3456”，那么bind()的用法如下：socket_server.bind(('1',3546))示例13.2.3socket內(nèi)置方法1.bind()方法客戶端的socket也可以調(diào)用bind()方法綁定一個地址，但因為客戶端進程存活時間相對較短，且客戶端套接字為主動套接字，服務(wù)器在接收數(shù)據(jù)時動態(tài)地獲取客戶端地址已能滿足需求，所以客戶端一般不進行此項操作?？蛻舳诉M程的端口號通常由系統(tǒng)隨機分配。2.listen()方法13.2.3socket內(nèi)置方法服務(wù)器的socket應(yīng)被動地監(jiān)聽客戶端的連接請求，但默認情況下套接字工作在主動狀態(tài)，可主動發(fā)送數(shù)據(jù)。調(diào)用listen()方法將使一個套接字由主動狀態(tài)變?yōu)楸粍訝顟B(tài)，以等待接收客戶端的連接請求。listen()方法的語法格式如下：listen([backlog])語法格式backlog：該參數(shù)用于指定在拒絕新連接之前，系統(tǒng)允許的未完成連接數(shù)。參數(shù)backlog是可選的，若指定該參數(shù)，則它的值至少為0；若缺省該參數(shù)，系統(tǒng)會選擇一個合理的默認值為其賦值。內(nèi)核為監(jiān)聽套接字維護了兩個隊列：已連接隊列和未連接隊列。完成三次握手過程的客戶端對應(yīng)的套接字將被添加到已連接隊列中，處于半連接狀態(tài)的客戶端對應(yīng)的套接字將被添加到未連接隊列中。若未連接隊列存滿，再有新的客戶端發(fā)起連接請求，該連接請求將被直接拒絕。socket_server.listen(5)示例13.2.3socket內(nèi)置方法2.listen()方法3.connect()方法13.2.3socket內(nèi)置方法connect()方法由客戶端的socket對象調(diào)用，該方法的功能是向服務(wù)器發(fā)起連接請求。connect()方法的語法格式如下：connect(address)語法格式address：該參數(shù)是一個形如(hostname,port)的元組，用于指定服務(wù)器的地址。若連接出錯，connect()方法將返回socket.error錯誤。假設(shè)客戶端的socket對象為client_socket，則connect()方法的用法如下所示：client_socket.connect(('1',3546))示例13.2.3socket內(nèi)置方法3.connect()方法4.accept()方法13.2.3socket內(nèi)置方法accept()方法由服務(wù)器的socket對象調(diào)用，該方法的功能是處理客戶端發(fā)起的連接請求。accept()方法的語法格式如下：accept()語法格式若調(diào)用accept()方法前沒有客戶端連接請求到達，accept()方法將會使服務(wù)器阻塞，直到有客戶端請求連接到達時才會返回；否則accept()方法立即返回一個形如(conn,address)的元組，元組中conn是新的套接字對象，用于與相應(yīng)客戶端進行數(shù)據(jù)交互，address是客戶端的地址，它的值是一個形如(hostname,port)的元組。client_socket,address=socket_server.accept()示例send()、sendto()方法用于向目標(biāo)進程發(fā)送數(shù)據(jù)，它們的語法格式分別如下：13.2.3socket內(nèi)置方法5.send()/sendto()方法send(bytes[,

flags])sendto(bytes,

flags,

address)語法格式send()方法由流式套接字調(diào)用；sendto()方法一般由數(shù)據(jù)報式套接字調(diào)用。參數(shù)bytes用于設(shè)置要發(fā)送的字節(jié)流數(shù)據(jù)，可以通過以下兩種方式傳遞字節(jié)流數(shù)據(jù)：（1）以“b'string'”的形式傳入?yún)?shù)，例如傳遞的字符串為“helloitheima”，則send()方法的用法為send(b'helloitheima')，這種方式只能轉(zhuǎn)換ASCII字符。（2）通過encode()方法對字符串進行轉(zhuǎn)碼，encode()方法中需傳入一個表示字節(jié)碼格式的參數(shù)，比如將字符串轉(zhuǎn)為gb2312編碼的字節(jié)流數(shù)據(jù)，則應(yīng)使用語句send('helloitheima'.encode('gb2312'))。參數(shù)flags用于指定發(fā)送數(shù)據(jù)的特殊選項，它支持以下幾個常用取值：socket.MSG_DONTWAIT：非阻塞發(fā)送。socket.MSG_OOB：發(fā)送帶外數(shù)據(jù)。socket.MSG_PEEK：僅查看而不移除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。socket.MSG_WAITALL：等待直到所有數(shù)據(jù)都被發(fā)送或接收完成。0：默認值，不對發(fā)送操作進行特殊處理。flags參數(shù)的值可能因操作系統(tǒng)的不同而有所差異。一般情況下可以不指定flags參數(shù)，直接使用默認值0即可。13.2.3socket內(nèi)置方法5.send()/sendto()方法sendto()方法中的參數(shù)address本質(zhì)為一個形如(hostname,port)的元組，用于指定目標(biāo)進程的地址。send()、sendto()方法調(diào)用成功都會返回所發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，它們的用法如下所示：send(b'helloworld')sendto(b'helloworld',('2',4567))示例13.2.3socket內(nèi)置方法5.send()/sendto()方法13.2.3socket內(nèi)置方法recv()、recvfrom()方法用于接收數(shù)據(jù)，它們的語法格式分別如下：recv(bufsize[,

flags])recvfrom(bufsize[,

flags])語法格式6.recv()/recvfrom()方法bufsize：該參數(shù)用于設(shè)置可接收的最大數(shù)據(jù)量。若方法調(diào)用成功，返回接收到的數(shù)據(jù)。recvfrom()方法的參數(shù)bufsize同樣用于設(shè)置可接收的最大數(shù)據(jù)量。若該方法被調(diào)用成功，recvfrom()方法將返回一個形如(data,address)的元組，元組中data是接收到的數(shù)據(jù)，address是發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字地址。close()方法用于關(guān)閉套接字。類似于文件，套接字也是系統(tǒng)中的一種資源，使用完畢的套接字應(yīng)及時關(guān)閉。此外，一臺主機中端口的數(shù)量是有限的，系統(tǒng)同樣應(yīng)關(guān)閉空閑的套接字，避免端口浪費。client_socket.close()server_socket.close()示例13.2.3socket內(nèi)置方法7.close()方法當(dāng)客戶端終止后，服務(wù)器中與此客戶端交互的套接字也應(yīng)關(guān)閉。一般情況下，若套接字接收到的數(shù)據(jù)為空，則說明客戶端進程已經(jīng)關(guān)閉連接，因此可通過判斷接收到的數(shù)據(jù)長度判斷是否關(guān)閉與客戶端交互的套接字。

先定一個小目標(biāo)！根據(jù)任務(wù)分析實現(xiàn)實例1：掃描開放端口13.2.4實例1：掃描開放端口用戶可根據(jù)“IP地址:端口號”訪問網(wǎng)絡(luò)中計算機的進程，不過難免有些別有用心之人利用此方式進行惡意訪問。為避免其他人侵入計算機，運維人員通常會采取關(guān)閉冗余端口的措施進行預(yù)防，但計算機中擁有的端口數(shù)量較多，僅靠人力排查的方式顯然是不可取的。因此，考慮通過編程解決這一問題。本實例要求編寫程序，掃描計算機端口，輸出開放的端口號。13.2.4實例1：掃描開放端口使用列表保存價格信息。定義空列表用于保存用戶選購商品的價格。接收輸入的最大價格和最小價格。從價格列表中獲取每個商品價格。判斷商品價格區(qū)間。將商品價格進行排序。實現(xiàn)思路13.2.4實例1：掃描開放端口在Chapter13項目中創(chuàng)建01_sacn.py文件。在01_sacn.py中編寫代碼。運行01_sacn.py文件。實現(xiàn)步驟13.2.4實例1：掃描開放端口基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室13.3

先定一個小目標(biāo)！掌握基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室功能，能夠?qū)崿F(xiàn)基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室13.3基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室13.3基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室defmain():

server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

#創(chuàng)建服務(wù)器的socket

server_socket.bind(("",3456))

#綁定地址

print("-------UDP聊天室-------")

#接收數(shù)據(jù)并輸出

whileTrue:

recv_info=server_socket.recvfrom(1024)

address=recv_info[1][0]+':'+str(recv_info[1][1])

print("%s"%address)

print("%s"%recv_info[0].decode("gb2312"))

server_socket.close()#關(guān)閉服務(wù)器的socket示例聊天窗口是一個基于UDP協(xié)議的服務(wù)器，編輯框則是一個基于UDP協(xié)議的客戶端。聊天窗口應(yīng)可接收編輯框發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將發(fā)送數(shù)據(jù)的地址以及數(shù)據(jù)顯示到聊天室中。基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室13.3基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室defmain():

client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

#創(chuàng)建客戶端的socket

print('----輸入框----')

#向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)

whileTrue:

data=input()

client_socket.sendto(data.encode("gb2312"),("1",3456))

ifdata=='88':

break

client_socket.close()

#關(guān)閉客戶端的socket示例為測試服務(wù)器接收與處理客戶端數(shù)據(jù)的功能，下面實現(xiàn)一個消息編輯發(fā)送功能的客戶端?？蛻舳说木唧w實現(xiàn)如下：基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室13.3基于UDP的網(wǎng)絡(luò)聊天室需要說明的是，在多臺計算機中進行測試時，計算機中的防火墻可能會過濾掉來自其他主機的UDP客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，為保證測試成功，可先使用“serviceiptablesstop”命令關(guān)閉防火墻，測試完成后，再通過“serviceiptablesstart”命令重啟防火墻?；赥CP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換13.4

先定一個小目標(biāo)！掌握基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，能夠?qū)崿F(xiàn)基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換13.4基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換13.4基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式。在這種轉(zhuǎn)換中，數(shù)據(jù)被分割成小的數(shù)據(jù)包，并按照順序一個一個地通過TCP連接進行發(fā)送和接收，以確保數(shù)據(jù)的完整性和順序性。當(dāng)基于TCP實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序一般位于服務(wù)器端，它可以接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換操作后返回給客戶端。比如，服務(wù)器端接收用戶發(fā)送的字符，將這些字符轉(zhuǎn)換為大寫形式后返回給客戶端，具體如圖所示。13.4基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，用于將客戶端發(fā)送的字符轉(zhuǎn)換為大寫形式的，具體代碼如下：defmain():server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#創(chuàng)建套接字server_socketserver_socket.bind(("",5678))#綁定地址server_socket.listen(5)#設(shè)置最大連接數(shù)client_socket,address=server_socket.accept()#創(chuàng)建連接print('-----TCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器-----')whileTrue:#接收數(shù)據(jù)recv_info=client_socket.recv(1024).decode('gb2312')string_address=address[0]+':'+str(address[1])13.4基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)基于TCP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，用于將客戶端發(fā)送的字符轉(zhuǎn)換為大寫形式的，具體代碼如下：print(string_address)print("待處理數(shù)據(jù)：%s"%recv_info)ifrecv_info:#數(shù)據(jù)處理data=recv_info.upper()client_socket.send(data.encode('gb2312'))print("處理結(jié)果：%s"%data)else:print('exit')client_socket.close()breakserver_socket.close()#關(guān)閉套接字server_socket12.4線程的概念線程的概念為測試該程序的功能，下面實現(xiàn)一個用于發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)處理結(jié)果的客戶端程序，客戶端程序代碼如下。defmain():client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#創(chuàng)建套接字client_socketclient_socket.connect(('1',5678))#請求連接#發(fā)送數(shù)據(jù)whileTrue:data=input("-----待處理數(shù)據(jù)------\n")client_socket.send(data.encode('gb2312'))recv_info=client_socket.recv(1024).decode('gb2312')print("------處理結(jié)果-------\n%s"%recv_info)#關(guān)閉套接字client_socketclient_socket.close()多學(xué)一招：端口保留端口保留服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中的地址是唯一的，因此在為其設(shè)置端口號時，必須使用主機中的空閑端口號。但有時使用的是空閑端口號，卻還是會遇到如下所示的問題：OSError:[WinError10048]通常每個套接字地址(協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)地址/端口)只允許使用一次。之所以出現(xiàn)上述問題，這是因為默認情況下內(nèi)核會在進程終止的兩分鐘內(nèi)保留進程的端口號。若想解決這一問題，可以在創(chuàng)建套接字后，執(zhí)行如下語句：server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)調(diào)用的方法setsockopt()用于設(shè)置套接字的選項，當(dāng)其中的第三個參數(shù)被設(shè)置為1時，服務(wù)器終止后在兩分鐘內(nèi)重新啟動可重復(fù)使用同一個端口。實例2：TCP文件下載13.5

先定一個小目標(biāo)！掌握線程的創(chuàng)建與啟動，能夠通過threading模塊的Thread類或子類創(chuàng)建線程13.5實例2：TCP文件下載文件下載是指客戶端將文件從服務(wù)器拷貝到本地。下載文件時，服務(wù)器將根據(jù)客戶端輸入的文件名到指定的目錄中查找，若找到了相應(yīng)的文件，服務(wù)器會讀取文件，將讀取的內(nèi)容發(fā)送到客戶端；客戶端接收服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，提示用戶選擇下載的位置，并將接收到的數(shù)據(jù)寫入到目標(biāo)位置。本實例要求編寫程序，實現(xiàn)基于TCP的文件下載功能。13.5實例2：TCP文件下載使用列表保存價格信息。定義空列表用于保存用戶選購商品的價格。接收輸入的最大價格和最小價格。從價格列表中獲取每個商品價格。判斷商品價格區(qū)間。將商品價格進行排序。實現(xiàn)思路13.5實例2：TCP文件下載在Chapter13項目中創(chuàng)建tcp_download.py文件。在tcp_download.py中編寫代碼。運行tcp_download.py文件。實現(xiàn)步驟13.5實例2：TCP文件下載TCP并發(fā)服務(wù)器13.6

先定一個小目標(biāo)！掌握并發(fā)服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)單進程非阻塞服務(wù)器13.6.1單進程非阻塞服務(wù)器單進程非阻塞服務(wù)器單進程非阻塞服務(wù)器通過解阻塞的方式實現(xiàn)并發(fā)操作。Python中套接字默認以阻塞方式處理數(shù)據(jù)，若套接字調(diào)用accept()、recv()等方法時沒有接收到數(shù)據(jù)，套接字就會阻塞等待數(shù)據(jù)遞達。用戶可通過套接字中提供的setblocking()方法將套接字設(shè)置為非阻塞模式，如此即便套接字中沒有數(shù)據(jù)遞達，套接字調(diào)用的方法也會立刻返回。13.6.1單進程非阻塞服務(wù)器setblocking()的使用示例如下：13.6.1單進程非阻塞服務(wù)器單進程非阻塞服務(wù)器server_socket.setblocking(False)示例setblocking()方法中參數(shù)的默認值為True，表示套接字默認工作在阻塞模式。以上示例中的參數(shù)的值為False，用于將套接字設(shè)置為非阻塞模式。若要使服務(wù)器可以與多個客戶端建立連接，需要保證在調(diào)用accept()方法時不會產(chǎn)生阻塞，即服務(wù)器套接字server_socket應(yīng)被設(shè)置為非阻塞；若要使每個連接中的客戶端都可隨時向服務(wù)器中發(fā)送數(shù)據(jù)，則需保證在調(diào)用recv()方法時不產(chǎn)生阻塞，即新套接字new_socket應(yīng)被設(shè)置為非阻塞。

先定一個小目標(biāo)！掌握并發(fā)服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)多進程并發(fā)服務(wù)器13.6.2多進程并發(fā)服務(wù)器多進程并發(fā)服務(wù)器多進程并發(fā)服務(wù)器中的主進程用于處理客戶端的連接請求，當(dāng)有新的客戶端與服務(wù)器建立連接后，服務(wù)器會創(chuàng)建一個子進程，由子進程完成數(shù)據(jù)的交互工作。13.6.2多進程并發(fā)服務(wù)器線程鎖概述13.6.2多進程并發(fā)服務(wù)器以將小寫字符串轉(zhuǎn)為大寫字符串的服務(wù)器為例，實現(xiàn)多進程并發(fā)服務(wù)器。importsocket,multiprocessingdefdeal_with_client(new_socket,client_address):whileTrue:recv_data=new_socket.recv(1024).decode('gb2312')iflen(recv_data)>0:print('待處理數(shù)據(jù)：%s:%s'%(str(client_address),recv_data))data=recv_data.upper()new_socket.send(data.encode('gb2312'))else:print('客戶端[%s]已關(guān)閉'%str(client_address))breaknew_socket.close()線程鎖概述13.6.2多進程并發(fā)服務(wù)器以將小寫字符串轉(zhuǎn)為大寫字符串的服務(wù)器為例，實現(xiàn)多進程并發(fā)服務(wù)器。defmain():server_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#創(chuàng)建服務(wù)器套接字server_socketserver_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1)#端口快速重啟用local_address=('',8081)server_socket.bind(local_address)server_socket.listen(5)print('-----服務(wù)器------')

續(xù)...線程鎖概述13.6.2多進程并發(fā)服務(wù)器以將小寫字符串轉(zhuǎn)為大寫字符串的服務(wù)器為例，實現(xiàn)多進程并發(fā)服務(wù)器。

續(xù)...try:whileTrue:#處理客戶端連接請求new_socket,client_address=server_socket.accept()print('一個新的客戶端到達[%s]'%str(client_address))#創(chuàng)建子進程與客戶端進行交互client=multiprocessing.Process(target=deal_with_client,rgs=(new_socket,client_address))client.start()new_socket.close()#關(guān)閉父進程中的套接字new_socketfinally:server_socket.close()#關(guān)閉服務(wù)器套接字線程鎖概述13.6.2多進程并發(fā)服務(wù)器為測試此段服務(wù)器代碼，這里實現(xiàn)一個可向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收服務(wù)器反饋數(shù)據(jù)的客戶端。客戶端的代碼實現(xiàn)如下：importsocketdefmain():client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)#創(chuàng)建套接字client_socketclient_socket.connect(('1',8081))#請求連接whileTrue:#發(fā)送數(shù)據(jù)