Python3 網路程式設計

Python 提供了兩個級別存取的網路服務。:

  • 低級別的網路服務支援基本的 Socket,它提供了標準的 BSD Sockets API,可以存取底層作業系統Socket介面的全部方法。
  • 高階別的網路服務模組 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",應用程式通常透過"套接字"向網路發出請求或者應答網路請求,使主機間或者一台電腦上的行程間可以通訊。


socket()函式

Python 中,我們用 socket()函式來建立套接字,語法格式如下:

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

引數

  • family: 套接字家族可以使AF_UNIX或者AF_INET
  • type: 套接字型別可以根據是面向連接的還是非連接分為SOCK_STREAMSOCK_DGRAM
  • protocol: 一般不填預設為0.

Socket 物件(內建)方法

函式 描述
伺服端套接字
s.bind() 繫結地址(host,port)到套接字, 在AF_INET下,以元組(host,port)的形式表示地址。
s.listen() 開始TCP監聽。backlog指定在拒絕連接之前,作業系統可以掛起的最大連接數量。該值至少為1,大部分應用程式設為5就可以了。
s.accept() 被動接受TCP客戶端連接,(阻塞式)等待連接的到來
客戶端套接字
s.connect() 主動初始化TCP伺服器連接,。一般address的格式為元組(hostname,port),如果連接出錯,回傳socket.error錯誤。
s.connect_ex() connect()函式的擴展版本,出錯時回傳出錯碼,而不是丟擲異常
公共用途的套接字函式
s.recv() 接收TCP資料,資料以字串形式回傳,bufsize指定要接收的最大資料量。flag提供有關訊息的其他訊息,通常可以忽略。
s.send() 發送TCP資料,將string中的資料發送到連接的套接字。回傳值是要發送的位元組數量,該數量可能小於string的位元組大小。
s.sendall() 完整發送TCP資料,完整發送TCP資料。將string中的資料發送到連接的套接字,但在回傳之前會嘗試發送所有資料。成功回傳None,失敗則丟擲異常。
s.recvfrom() 接收UDP資料,與recv()類似,但回傳值是(data,address)。其中data是包含接收資料的字串,address是發送資料的套接字地址。
s.sendto() 發送UDP資料,將資料發送到套接字,address是形式為(ipaddr,port)的元組,指定遠端地址。回傳值是發送的位元組數。
s.close() 關閉套接字
s.getpeername() 回傳連接套接字的遠端地址。回傳值通常是元組(ipaddr,port)。
s.getsockname() 回傳套接字自己的地址。通常是一個元組(ipaddr,port)
s.setsockopt(level,optname,value) 設定給定套接字選項的值。
s.getsockopt(level,optname[.buflen]) 回傳套接字選項的值。
s.settimeout(timeout) 設定套接字操作的超時期,timeout是一個浮點數,單位是秒。值為None表示沒有超時期。一般,超時期應該在剛建立套接字時設定,因為它們可能用於連接的操作(如connect())
s.gettimeout() 回傳當前超時期的值,單位是秒,如果沒有設定超時期,則回傳None。
s.fileno() 回傳套接字的檔案描述符。
s.setblocking(flag) 如果flag為0,則將套接字設為非阻塞模式,否則將套接字設為阻塞模式(預設值)。非阻塞模式下,如果呼叫recv()沒有發現任何資料,或send()呼叫無法立即發送資料,那麼將引起socket.error異常。
s.makefile() 建立一個與該套接字相關連的檔案

簡單範例

伺服端

我們使用 socket 模組的 socket 函式來建立一個 socket 物件。socket 物件可以透過呼叫其他函式來設定一個 socket 服務。

現在我們可以透過呼叫 bind(hostname, port) 函式來指定服務的 port(連接埠)

接著,我們呼叫 socket 物件的 accept 方法。該方法等待客戶端的連接,並回傳 connection 物件,表示已連接到客戶端。

完整程式碼如下:

#!/usr/bin/python3
# 檔名:server.py

# 匯入 socket、sys 模組
import socket
import sys

# 建立 socket 物件
serversocket = socket.socket(
            socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 

# 取得本地主機名
host = socket.gethostname()

port = 9999

# 繫結埠號
serversocket.bind((host, port))

# 設定最大連接數,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='歡迎存取線上程式語言教學練習!'+ "\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例項連接到以上建立的服務。埠號為 9999。

socket.connect(hosname, port ) 方法開啟一個 TCP 連接到主機為 hostname 連接埠為 port 的服務商。連接後我們就可以從伺服端取得資料,記住,操作完成後需要關閉連接。

完整程式碼如下:

#!/usr/bin/python3
# 檔名:client.py

# 匯入 socket、sys 模組
import socket
import sys

# 建立 socket 物件
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) 

# 取得本地主機名
host = socket.gethostname() 

# 設定埠號
port = 9999

# 連接服務,指定主機和連接埠
s.connect((host, port))

# 接收小於 1024 位元組的資料
msg = s.recv(1024)

s.close()

print (msg.decode('utf-8'))

現在我們開啟兩個終端,第一個終端執行 server.py 檔案:

$ python3 server.py

第二個終端執行 client.py 檔案:

$ python3 client.py 
歡迎存取線上程式語言教學練習!

這時我們再開啟第一個終端,就會看到有以下訊息輸出:

連接地址: ('192.168.0.118', 33397)

Python Internet 模組

以下列出了 Python 網路程式設計的一些重要模組:

協定功能用處埠號Python 模組
HTTP網頁存取80httplib, urllib, xmlrpclib
NNTP閱讀和張貼新聞文章,俗稱為"帖子"119nntplib
FTP檔案傳輸20ftplib, urllib
SMTP發送郵件25smtplib
POP3接收郵件110poplib
IMAP4取得郵件143imaplib
Telnet指令行23telnetlib
Gopher訊息搜尋70gopherlib, urllib

更多內容可以參閱官網的 Python Socket Library and Modules