python网络编程项目_Python网络编程攻略
第1章套接字、IPv4和簡單的客戶端/服務器編程
本章攻略：
打印設備名和IPv4地址
獲取遠程設備的IP地址
將IPv4地址轉換成不同的格式
通過指定的端口和協議找到服務名
主機字節序和網絡字節序之間相互轉換
設定并獲取默認的套接字超時時間
優雅地處理套接字錯誤
修改套接字發送和接收的緩沖區大小
把套接字改成阻塞或非阻塞模式
重用套接字地址
從網絡時間服務器上獲取并打印當前時間
編寫一個SNTP客戶端
編寫一個簡單的回顯客戶端/服務器應用
1.1簡介
本章通過一些簡單的攻略介紹Python的核心網絡庫。Python的socket模塊提供了類方法和實例方法，二者的區別在于使用類方法時不需要創建套接字對象實例。這是一種很直觀的方法。例如，打印設備的IP地址不需要創建套接字對象，而只需調用套接字的類方法。但是，如果要把數據發送給服務器程序，那么創建一個套接字對象來處理具體的操作則更加自然。本章介紹的攻略可以分成如下三類：
前幾個攻略使用類方法獲取關于主機、網絡以及目標服務的有用信息；
隨后的幾個攻略使用實例方法，演示了常用的套接字操作，例如處理套接字超時、緩沖區大小和阻塞模式等；
. 最后，結合使用類方法和實例方法開發客戶端，執行一些實際的任務，例如使設備時間與網絡服務器同步，編寫通用的客戶端/服務器腳本。
你可以使用本章演示的方法編寫自己的客戶端/服務器應用。
1.2打印設備名和IPv4地址
有時，你需要快速查看設備的某些信息，例如主機名、IP地址和網絡接口的數量等。這些信息使用Python腳本很容易獲取。
1.2.1準備工作
編寫代碼之前先要在設備上安裝Python。大多數Linux發行版都預裝了Python。如果使用微軟Windows操作系統，可以從Python的網站上下載二進制文件：http://www.python.org/download/。
要了解系統是否已經安裝了Python，可以查閱操作系統的文檔。在設備上安裝好Python之后，可以在命令行中輸入python，嘗試打開Python解釋器。輸入python后應該顯示解釋器提示符)))，具體的輸出如下所示：
~$ python
Python 2.7.1+ (r271:86832, Apr 11 2011, 18:05:24)
[GCC 4.5.2] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. )))
1.2.2實戰演練
這個攻略很簡短，可以直接寫在Python解釋器中。
首先，使用下面的命令導入Python中的socket庫：
))) import socket
然后，調用socket庫提供的gethostname()方法，把結果保存在一個變量中，如下所示：
))) host_name = socket.gethostname()
))) print "Host name: %s" %host_name
Host name: debian6
))) print "IP address: %s" %socket.gethostbyname(host_name)
IP address: 127.0.1.1
這些操作可以使用內置的類方法，定義成一個獨立的函數print_machine_info()。
我們要在常用的__main__代碼塊中調用這個函數。運行時，Python會為某些內部變量賦值， 例如__name__。在這里，__name__表示調用程序的進程名。如果在命令行中運行腳本（如后面的命令所示），__name__的值是__main__。但是，如果在其他腳本中導入，情況就不同了。也就是說，如果在命令行中調用這個模塊，會自動運行print_machine_info()函數；如果在其他腳本中導入，用戶就要手動調用這個函數。
代碼清單1-1展示了如何獲取設備的信息，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter -1
# This program is optimized for Python 2.7. It may run on any
# other Python version with/without modifications.
import socket
def print_machine_info():
host_name = socket.gethostname()
ip_address = socket.gethostbyname(host_name)
print "Host name: %s" % host_name
print "IP address: %s" % ip_address
if __name__ == '__main__':
print_machine_info()
若想運行這個腳本，要在命令行中指定源碼文件，如下所示：
$ python 1_1_local_machine_info.py
在我的設備上，顯示了如下輸出：
Host name: debian6
IP address: 127.0.0.1
在你的設備上，輸出的內容根據系統的主機配置會有所不同。
1.2.3原理分析
import socket語句導入Python提供的一個核心網絡庫。然后調用兩個工具函數：gethostname()和gethostbyname(host_name)。在命令行中可以輸入help(socket.geth- ostname)查看幫助信息，或者在瀏覽器中訪問http://docs.python.org/3/library/socket.html。在命令行中查看這兩個函數的幫助信息，得到的輸出如下：
gethostname(...)
gethostname() -) string
Return the current host name.
gethostbyname(...)
gethostbyname(host) -) address
Return the IP address (a string of the form '255.255.255.255') for a host.
第一個函數沒有參數，返回所在主機或本地主機的名字。第二個函數接收一個參數hostname，返回對應的IP地址。
1.3獲取遠程設備的IP地址
有時需要把設備的主機名轉換成對應的IP地址，例如快速查詢域名。本攻略介紹一個簡單的函數來完成這一操作。
1.3.1實戰演練
如果想知道遠程設備的IP地址，可以使用內置的庫函數gethostbyname()，其參數是遠程設備的主機名。
這里，我們要調用的是類函數gethostbyname()。讓我們來看一下這個簡短的代碼片段。
代碼清單1-2展示了如何獲取遠程設備的IP地址，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter – 1
# This program is optimized for Python 2.7.
# It may run on any other version with/without modifications.
import socket
def get_remote_machine_info():
remote_host = 'www.python.org'
try:
print "IP address: %s" %socket.gethostbyname(remote_host)
except socket.error, err_msg:
print "%s: %s" %(remote_host, err_msg)
if __name__ == '__main__':
get_remote_machine_info()
運行上述代碼會得到以下輸出：
$ python 1_2_remote_machine_info.py
IP address of www.python.org: 82.94.164.162
1.3.2原理分析
這個攻略把gethostbyname()方法包裝在用戶定義的get_remote_machine_info()函數中，還引入了異常處理的概念。如上述代碼所示，我們把主要的函數調用放在try-except塊中，這就意味著，如果執行函數gethostbyname()的過程中發生了錯誤，這個錯誤將由try-except塊處理。
假如我們修改remote_host參數的值，把www.python.org改成一個不存在的域名，例如www.pytgo.org，然后執行下述命令：
$ python 1_2_remote_machine_info.py
www.pytgo.org: [Errno -5] No address associated with hostname
try-except塊捕獲了錯誤，并向用戶顯示了一個錯誤消息，說明域名www.pytgo.org沒有對應的IP地址。
1.4將IPv4地址轉換成不同的格式
如果要使用低層網絡函數，有時普通的字符串形式的IP地址并不是很有用，需要把它們轉換成打包后的32位二進制格式。
1.4.1實戰演練
Python的socket庫提供了很多用來處理不同IP地址格式的函數，這里我們使用其中的兩個：inet_aton()和inet_ntoa()。
我們來定義convert_ip4_address()函數，調用inet_aton()和inet_ntoa()轉換IP地址。我們要使用兩個示例IP地址：127.0.0.1和192.168.0.1。
代碼清單1-3展示了如何定義convert_ip4_address()函數，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter – 1
# This program is optimized for Python 2.7.
# It may run on any other version with/without modifications.
import socket
from binascii import hexlify
def convert_ip4_address():
for ip_addr in ['127.0.0.1', '192.168.0.1']:
packed_ip_addr = socket.inet_aton(ip_addr)
unpacked_ip_addr = socket.inet_ntoa(packed_ip_addr)
print "IP Address: %s =) Packed: %s, Unpacked: %s"\
%(ip_addr, hexlify(packed_ip_addr), unpacked_ip_addr)
if __name__ == '__main__':
convert_ip4_address()
現在，運行這個攻略，會看到以下輸出：
$ python 1_3_ip4_address_conversion.py
IP Address: 127.0.0.1 =) Packed: 7f000001, Unpacked: 127.0.0.1
IP Address: 192.168.0.1 =) Packed: c0a80001, Unpacked: 192.168.0.1
1.4.2原理分析
在這個攻略中，使用for-in語句把兩個字符串形式的IP地址轉換成打包后的32位二進制格式，而且還調用了binascii模塊中的hexlify函數，以十六進制形式表示二進制數據。
1.5通過指定的端口和協議找到服務名
如果想找到網絡服務，最好知道該服務運行在TCP或UDP協議的哪個端口上。
1.5.1準備工作
如果知道網絡服務使用的端口，可以調用socket庫中的getservbyport()函數來獲取服務的名字。調用這個函數時可以根據情況決定是否提供協議名。
1.5.2實戰演練
我們來定義find_service_name()函數，在Python的for-in循環中調用函數getservbyport()，解析幾個端口，例如80和25。
代碼清單1-4展示了如何定義find_service_name()函數，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter - 1
# This program is optimized for Python 2.7.
# It may run on any other version with/without modifications.
import socket
def find_service_name():
protocolname = 'tcp'
for port in [80, 25]:
print "Port: %s =) service name: %s" %(port, socket.getservbyport(port, protocolname))
print "Port: %s =) service name: %s" %(53, socket.getservbyport(53, 'udp'))
if __name__ == '__main__':
find_service_name()
運行這個腳本，會看到如下輸出：
$ python 1_4_finding_service_name.py
Port: 80 =) service name: http
Port: 25 =) service name: smtp
Port: 53 =) service name: domain
1.5.3原理分析
在這個攻略中，使用for-in語句遍歷一組變量。在每次遍歷中，獲取端口對應的服務名。
1.6主機字節序和網絡字節序之間相互轉換
編寫低層網絡應用時，或許需要處理通過電纜在兩臺設備之間傳送的低層數據。在這種操作中，需要把主機操作系統發出的數據轉換成網絡格式，或者做逆向轉換，因為這兩種數據的表示方式不一樣。
1.6.1實戰演練
Python的socket庫提供了將數據在網絡字節序和主機字節序之間相互轉換的函數。你可能想了解這些函數，例如ntohl()和htonl()。
我們來定義convert_integer()函數，調用ntohl()和htonl()類函數來轉換不同格式的數據。
代碼清單1-5展示了如何定義convert_integer()函數，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter -1
# This program is optimized for Python 2.7.
# It may run on any other version with/without modifications.
import socket
def convert_integer():
data = 1234
# 32-bit
print "Original: %s =) Long host byte order: %s, Network byte order: %s"\
%(data, socket.ntohl(data), socket.htonl(data))
# 16-bit
print "Original: %s =) Short host byte order: %s, Network byte order: %s"\
%(data, socket.ntohs(data), socket.htons(data))
if __name__ == '__main__':
convert_integer()
運行這個攻略，會看到以下輸出：
$ python 1_5_integer_conversion.py
Original: 1234 =) Long host byte order: 3523477504, Network byte order: 3523477504
Original: 1234 =) Short host byte order: 53764, Network byte order: 53764
1.6.2原理分析
在這個攻略中，我們以整數為例，演示了如何把它轉換成網絡字節序和主機字節序。socket庫中的類函數ntohl()把網絡字節序轉換成了長整形主機字節序。函數名中的n表示網絡；h表示主機；l表示長整形；s表示短整形，即16位。
1.7設定并獲取默認的套接字超時時間
有時，你需要處理socket庫某些屬性的默認值，例如套接字超時時間。
1.7.1實戰演練
你可以創建一個套接字對象實例，調用gettimeout()方法獲取默認的超時時間，調用settimeout()方法設定一個超時時間。這種操作在開發服務器應用時很有用。
在test_socket_timeout()函數中，首先創建一個套接字對象，然后使用讀取或者設定實例方法處理超時時間。
代碼清單1-6展示了如何定義test_socket_timeout()函數，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter - 1
# This program is optimized for Python 2.7. It may run on any
# other Python version with/without modifications.
import socket
def test_socket_timeout():
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print "Default socket timeout: %s" %s.gettimeout()
s.settimeout(100)
print "Current socket timeout: %s" %s.gettimeout()
if __name__ == '__main__':
test_socket_timeout()
運行上述代碼后，你會看到它是如何修改默認超時時間的，如下所示：
$ python 1_6_socket_timeout.py
Default socket timeout: None
Current socket timeout: 100.0
1.7.2原理分析
在這段代碼片段中，首先創建了一個套接字對象。套接字構造方法的第一個參數是地址族，第二個參數是套接字類型。然后，調用gettimeout()方法獲取套接字超時時間，再調用settimeout()方法修改超時時間。傳給settimeout()方法的參數可以是秒數（非負浮點數）也可以是None。這個方法在處理阻塞式套接字操作時使用。如果把超時時間設為None，則禁用了套接字操作的超時檢測。
1.8優雅地處理套接字錯誤
在網絡應用中，經常會遇到這種情況：一方嘗試連接，但另一方由于網絡媒介失效或者其他原因無法響應。Python的socket庫提供了一個方法，能通過socket.error異常優雅地處理套接字錯誤。在這個攻略中會舉幾個例子。
1.8.1實戰演練
我們來編寫幾個try-except代碼塊，每個塊對應一種可能發生的錯誤。為了獲取用戶輸入，可以使用argparse模塊。這個模塊的功能很強大，而不僅是可以使用sys.argv解析命令行參數。這些try-except代碼塊分別演示了常見的套接字操作，例如創建套接字對象、連接服務器、發送數據和等待應答。
下述攻略使用幾行代碼演示了如何處理異常。
代碼清單1-7展示了如何處理socket.error異常，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter – 1
# This program is optimized for Python 2.7. It may run on any
# other Python version with/without modifications.
import sys
import socket
import argparse
def main():
# setup argument parsing
parser = argparse.ArgumentParser(description='Socket Error Examples')
parser.add_argument('--host', action="store", dest="host", required=False)
parser.add_argument('--port', action="store", dest="port", type=int, required=False)
parser.add_argument('--file', action="store", dest="file", required=False)
given_args = parser.parse_args()
host = given_args.host
port = given_args.port
filename = given_args.file
# First try-except block -- create socket
try:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error, e:
print "Error creating socket: %s" % e
sys.exit(1)
# Second try-except block -- connect to given host/port
try:
s.connect((host, port))
except socket.gaierror, e:
print "Address-related error connecting to server: %s" % e
sys.exit(1)
except socket.error, e:
print "Connection error: %s" % e
sys.exit(1)
# Third try-except block -- sending data
try:
s.sendall("GET %s HTTP/1.0\r\n\r\n" % filename)
except socket.error, e:
print "Error sending data: %s" % e
sys.exit(1)
while 1:
# Fourth tr-except block -- waiting to receive data from remote host
try:
buf = s.recv(2048)
except socket.error, e:
print "Error receiving data: %s" % e
sys.exit(1)
if not len(buf):
break
# write the received data
sys.stdout.write(buf)
if __name__ == '__main__':
main()
1.8.2原理分析
在Python中，可以使用argparse模塊把命令行參數傳入腳本以及在腳本中解析命令行參數。這個模塊在Python 2.7中可用。如果使用較舊版本的Python，這個模塊可以到“Python包索引”（Python Package Index，簡稱PyPI）中獲取，使用easy_install或pip安裝。
這個攻略用到了三個命令行參數：主機名、端口號和文件名。上述腳本的使用方法如下：
$ python 1_7_socket_errors.py –host=
如果提供的主機不存在，這個腳本會輸出如下錯誤：
$ python 1_7_socket_errors.py --host=www.pytgo.org --port=8080 --file=1_7_socket_errors.py
Address-related error connecting to server: [Errno -5] No address associated with hostname
如果某個端口上沒有服務，你卻嘗試連接到這個端口，則這個腳本會拋出連接超時異常，如下所示：
$ python 1_7_socket_errors.py --host=www.python.org --port=8080 --file=1_7_socket_errors.py
這個命令會返回如下錯誤，因為主機www.python.org監聽的不是端口8080：
Connection error: [Errno 110] Connection timed out
不過，如果向正確的主機、正確的端口發起隨意的請求，應用層可能無法捕獲這一異常。例如，運行下述腳本，不會返回錯誤，但輸出的HTML代碼說明了腳本的問題：
$ python 1_7_socket_errors.py --host=www.python.org --port=80 --file=1_7_socket_errors.py
HTTP/1.1 404 Not found
Server: Varnish
Retry-After: 0
content-type: text/html
Content-Length: 77
Accept-Ranges: bytes
Date: Thu, 20 Feb 2014 12:14:01 GMT
Via: 1.1 varnish
Age: 0
Connection: close
)
unknown domain: ))
這個攻略用到了四個try-except塊。除第二個塊處理socket.gaierror異常之外，其他塊都處理socket.error異常。socket.gaierror是地址相關的錯誤。除此之外還有兩種異常：socket.herror，C API中拋出的異常；如果在套接字中使用settimeout()方法，套接字超時后會拋出socket.timeout異常。
1.9修改套接字發送和接收的緩沖區大小
很多情況下，默認的套接字緩沖區大小可能不夠用。此時，可以將默認的套接字緩沖區大小改成一個更合適的值。
1.9.1實戰演練
我們要使用套接字對象的setsockopt()方法修改默認的套接字緩沖區大小。
首先，定義兩個常量：SEND_BUF_SIZE和RECV_BUF_SIZE。然后在一個函數中調用套接字實例的setsockopt()方法。修改之前，最好先檢查緩沖區大小是多少。注意，發送和接收的緩沖區大小要分開設定。
代碼清單1-8展示了如何修改套接字的發送和接收緩沖區大小，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter – 1
# This program is optimized for Python 2.7. It may run on any
# other Python version with/without modifications.
import socket
SEND_BUF_SIZE = 4096
RECV_BUF_SIZE = 4096
def modify_buff_size():
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )
# Get the size of the socket's send buffer
bufsize = sock.getsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF)
print "Buffer size [Before]:%d" %bufsize
sock.setsockopt(socket.SOL_TCP, socket.TCP_NODELAY, 1)
sock.setsockopt(
socket.SOL_SOCKET,
socket.SO_SNDBUF,
SEND_BUF_SIZE)
sock.setsockopt(
socket.SOL_SOCKET,
socket.SO_RCVBUF,
RECV_BUF_SIZE)
bufsize = sock.getsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF)
print "Buffer size [After]:%d" %bufsize
if __name__ == '__main__':
modify_buff_size()
運行上述腳本后，會顯示修改套接字緩沖區大小前后的變化。根據你所用操作系統的本地設定，得到的輸出可能有所不同：
$ python 1_8_modify_buff_size.py
Buffer size [Before]:16384
Buffer size [After]:8192
1.9.2原理分析
在套接字對象上可調用方法getsockopt()和setsockopt()分別獲取和修改套接字對象的屬性。setsockopt()方法接收三個參數：level、optname和value。其中，optname是選項名，value是該選項的值。第一個參數所用的符號常量（SO_*等）可在socket模塊中查看。
1.10把套接字改成阻塞或非阻塞模式
默認情況下，TCP套接字處于阻塞模式中。也就是說，除非完成了某項操作，否則不會把控制權交還給程序。例如，調用connect() API后，連接操作會阻止程序繼續往下執行，直到連接成功為止。很多情況下，你并不想讓程序一直等待服務器響應或者有異常終止操作。例如，如果編寫了一個網頁瀏覽器客戶端連接服務器，你應該考慮提供取消功能，以便在操作過程中取消連接。這時就要把套接字設置為非阻塞模式。
1.10.1實戰演練
我們來看一下在Python中有哪些選項。在Python中，套接字可以被設置為阻塞模式或者非阻塞模式。在非阻塞模式中，調用API后，例如send()或recv()方法，如果遇到問題就會拋出異常。但在阻塞模式中，遇到錯誤并不會阻止操作。我們可以創建一個普通的TCP套接字，分別在阻塞模式和非阻塞模式中執行操作實驗。
為了能在阻塞模式中處理套接字，首先要創建一個套接字對象。然后，調用setblocking(1)把套接字設為阻塞模式，或者調用setblocking(0)把套接字設為非阻塞模式。最后，把套接字綁定到指定的端口上，監聽進入的連接。
代碼清單1-9展示了如何把套接字設為阻塞模式或非阻塞模式，如下所示：
#!/usr/bin/env python
# Python Network Programming Cookbook -- Chapter - 1
# This program is optimized for Python 2.7. It may run on any
# other Python version with/without modifications.
import socket
def test_socket_modes():
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.setblocking(1)
s.settimeout(0.5)
s.bind(("127.0.0.1", 0))
socket_address = s.getsockname()
print "Trivial Server launched on socket: %s" %str(socket_address)
while(1):
s.listen(1)
if __name__ == '__main__':
test_socket_modes()
運行這個攻略后，會啟動一個簡易服務器，開啟阻塞模式，如下述命令所示：
$ python 1_9_socket_modes.py
Trivial Server launched on socket: ('127.0.0.1', 51410)
1.10.2原理分析
在這個攻略中，我們把1傳給setblocking()方法，啟用套接字的阻塞模式。類似地，可以把0傳給這個方法，把套接字設為非阻塞模式。
這個功能在后面的一些攻略中會用到，到時再詳細說明其真正作用。
1.11重用套接字地址
不管連接是被有意還是無意關閉，有時你想始終在同一個端口上運行套接字服務器。某些情況下，如果客戶端程序需要一直連接指定的服務器端口，這么做就很有用，因為無需改變服務器端口。
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以上是生活随笔為你收集整理的python网络编程项目_Python网络编程攻略的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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