用Python进行TCP网络编程的教程

socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个socket表示“打开了一个网络链接”，而打开一个socket需要知道目标计算机的ip地址和端口号，再指定协议类型即可。
客户端

大多数连接都是可靠的tcp连接。创建tcp连接时，主动发起连接的叫客户端，被动响应连接的叫服务器。

举个例子，当我们在浏览器中访问新浪时，我们自己的计算机就是客户端，浏览器会主动向新浪的服务器发起连接。如果一切顺利，新浪的服务器接受了我们的连接，一个tcp连接就建立起来的，后面的通信就是发送网页内容了。

所以，我们要创建一个基于tcp连接的socket，可以这样做：

# 导入socket库:
import socket
# 创建一个socket:
s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream)
# 建立连接:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

创建socket时，af_inet指定使用ipv4协议，如果要用更先进的ipv6，就指定为af_inet6。sock_stream指定使用面向流的tcp协议，这样，一个socket对象就创建成功，但是还没有建立连接。

客户端要主动发起tcp连接，必须知道服务器的ip地址和端口号。新浪网站的ip地址可以用域名www.sina.com.cn自动转换到ip地址，但是怎么知道新浪服务器的端口号呢？

答案是作为服务器，提供什么样的服务，端口号就必须固定下来。由于我们想要访问网页，因此新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口，因为80端口是web服务的标准端口。其他服务都有对应的标准端口号，例如smtp服务是25端口，ftp服务是21端口，等等。端口号小于1024的是internet标准服务的端口，端口号大于1024的，可以任意使用。

因此，我们连接新浪服务器的代码如下：

s.connect(('www.sina.com.cn', 80))

注意参数是一个tuple，包含地址和端口号。

建立tcp连接后，我们就可以向新浪服务器发送请求，要求返回首页的内容：

# 发送数据:
s.send('get / http/1.1\r\nhost: www.sina.com.cn\r\nconnection: close\r\n\r\n')

tcp连接创建的是双向通道，双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发，怎么协调，要根据具体的协议来决定。例如，http协议规定客户端必须先发请求给服务器，服务器收到后才发数据给客户端。

发送的文本格式必须符合http标准，如果格式没问题，接下来就可以接收新浪服务器返回的数据了：

# 接收数据:
buffer = []
while true:
  # 每次最多接收1k字节:
  d = s.recv(1024)
  if d:
    buffer.append(d)
  else:
    break
data = ''.join(buffer)

接收数据时，调用recv(max)方法，一次最多接收指定的字节数，因此，在一个while循环中反复接收，直到recv()返回空数据，表示接收完毕，退出循环。

当我们接收完数据后，调用close()方法关闭socket，这样，一次完整的网络通信就结束了：

# 关闭连接:
s.close()

接收到的数据包括http头和网页本身，我们只需要把http头和网页分离一下，把http头打印出来，网页内容保存到文件：

header, html = data.split('\r\n\r\n', 1)
print header
# 把接收的数据写入文件:
with open('sina.html', 'wb') as f:
  f.write(html)

现在，只需要在浏览器中打开这个sina.html文件，就可以看到新浪的首页了。
服务器

和客户端编程相比，服务器编程就要复杂一些。

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了，服务器就与该客户端建立socket连接，随后的通信就靠这个socket连接了。

所以，服务器会打开固定端口（比如80）监听，每来一个客户端连接，就创建该socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接，所以，服务器要能够区分一个socket连接是和哪个客户端绑定的。一个socket依赖4项：服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端的请求，所以，每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理，否则，服务器一次就只能服务一个客户端了。

我们来编写一个简单的服务器程序，它接收客户端连接，把客户端发过来的字符串加上hello再发回去。

首先，创建一个基于ipv4和tcp协议的socket：

s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream)

然后，我们要绑定监听的地址和端口。服务器可能有多块网卡，可以绑定到某一块网卡的ip地址上，也可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址，还可以用127.0.0.1绑定到本机地址。127.0.0.1是一个特殊的ip地址，表示本机地址，如果绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能连接，也就是说，外部的计算机无法连接进来。

端口号需要预先指定。因为我们写的这个服务不是标准服务，所以用9999这个端口号。请注意，小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定：

# 监听端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))

紧接着，调用listen()方法开始监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量：

s.listen(5)
print 'waiting for connection...'

接下来，服务器程序通过一个永久循环来接受来自客户端的连接，accept()会等待并返回一个客户端的连接:

while true:
  # 接受一个新连接:
  sock, addr = s.accept()
  # 创建新线程来处理tcp连接:
  t = threading.thread(target=tcplink, args=(sock, addr))
  t.start()

每个连接都必须创建新线程（或进程）来处理，否则，单线程在处理连接的过程中，无法接受其他客户端的连接：

def tcplink(sock, addr):
  print 'accept new connection from %s:%s...' % addr
  sock.send('welcome!')
  while true:
    data = sock.recv(1024)
    time.sleep(1)
    if data == 'exit' or not data:
      break
    sock.send('hello, %s!' % data)
  sock.close()
  print 'connection from %s:%s closed.' % addr

连接建立后，服务器首先发一条欢迎消息，然后等待客户端数据，并加上hello再发送给客户端。如果客户端发送了exit字符串，就直接关闭连接。

要测试这个服务器程序，我们还需要编写一个客户端程序：

s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream)
# 建立连接:
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
# 接收欢迎消息:
print s.recv(1024)
for data in ['michael', 'tracy', 'sarah']:
  # 发送数据:
  s.send(data)
  print s.recv(1024)
s.send('exit')
s.close()

我们需要打开两个命令行窗口，一个运行服务器程序，另一个运行客户端程序，就可以看到效果了：

小结

用tcp协议进行socket编程在python中十分简单，对于客户端，要主动连接服务器的ip和指定端口，对于服务器，要首先监听指定端口，然后，对每一个新的连接，创建一个线程或进程来处理。通常，服务器程序会无限运行下去。

同一个端口，被一个socket绑定了以后，就不能被别的socket绑定了。

源码参考：https://github.com/michaelliao/learn-python/tree/master/socket