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【Raspberry Pi网络编程2】Sockets

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本帖最后由 iooops 于 2016-3-20 23:18 编辑

https://www.coursera.org/learn/raspberry-pi-interface/home/week/2
是这样的,在上完这周的课之后,我发现网上有一篇关于sockets的帖子写得特别好,基本把这周的内容全部覆盖了。而且楼主亲测过下面的代码,真的非常管用!

对于初学Socket的童鞋,楼主非常强烈地推荐下面这篇帖子。


以下是转帖(原文地址http://www.cnblogs.com/hazir/p/python_socket_programming.html):

Python Socket 网络编程

Socket 是进程间通信的一种方式,它与其他进程间通信的一个主要不同是:它能实现不同主机间的进程间通信,我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket 来完成通信的,例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email 等等。要解决网络上两台主机之间的进程通信问题,首先要唯一标识该进程,在 TCP/IP 网络协议中,就是通过 (IP地址,协议,端口号) 三元组来标识进程的,解决了进程标识问题,就有了通信的基础了。
本文主要介绍使用 Python 进行 TCP Socket 网络编程,假设你已经具有初步的网络知识及 Python 基本语法知识。
TCP 是一种面向连接的传输层协议,TCP Socket 是基于一种 Client-Server 的编程模型,服务端监听客户端的连接请求,一旦建立连接即可以进行传输数据。那么对 TCP Socket 编程的介绍也分为客户端和服务端:
客户端编程创建 socket
首先要创建 socket,用 Python 中 socket 模块的函数 socket 就可以完成:
  1. #Socket client example in python
  2. import socket   #for sockets
  3. #create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
  4. s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  5. print 'Socket Created'
复制代码
函数 socket.socket 创建一个 socket,返回该 socket 的描述符,将在后面相关函数中使用。该函数带有两个参数:
  • Address Family:可以选择 AF_INET(用于 Internet 进程间通信) 或者 AF_UNIX(用于同一台机器进程间通信)
  • Type:套接字类型,可以是 SOCKET_STREAM(流式套接字,主要用于 TCP 协议)或者SOCKET_DGRAM(数据报套接字,主要用于 UDP 协议)
注:由于本文主要概述一下 Python Socket 编程的过程,因此不会对相关函数参数、返回值进行详细介绍,需要了解的可以查看相关手册
错误处理
如果创建 socket 函数失败,会抛出一个 socket.error 的异常,需要捕获:
  1. #handling errors in python socket programs
  2. import socket   #for sockets
  3. import sys  #for exit
  4. try:
  5.     #create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
  6.     s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  7. except socket.error, msg:
  8.     print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]
  9.     sys.exit();
  10. print 'Socket Created'
复制代码
那么到目前为止已成功创建了 socket,接下来我们将用这个 socket 来连接某个服务器,就连 www.google.com 吧。
连接服务器
本文开始也提到了,socket 使用 (IP地址,协议,端口号) 来标识一个进程,那么我们要想和服务器进行通信,就需要知道它的 IP地址以及端口号。
获得远程主机的 IP 地址
Python 提供了一个简单的函数 socket.gethostbyname 来获得远程主机的 IP 地址:
  1. host = 'www.google.com'
  2. port = 80
  3. try:
  4.     remote_ip = socket.gethostbyname( host )
  5. except socket.gaierror:
  6.     #could not resolve
  7.     print 'Hostname could not be resolved. Exiting'
  8.     sys.exit()
  9.      
  10. print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip
复制代码
现在我们知道了服务器的 IP 地址,就可以使用连接函数 connect 连接到该 IP 的某个特定的端口上了,下面例子连接到 80 端口上(是 HTTP 服务的默认端口):
  1. #Connect to remote server
  2. s.connect((remote_ip , port))
  3. print 'Socket Connected to ' + host + ' on ip ' + remote_ip
复制代码
运行该程序:
  1. $ python client.py
  2. Socket created
  3. Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
  4. Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145
复制代码
发送数据
上面说明连接到 www.google.com 已经成功了,接下面我们可以向服务器发送一些数据,例如发送字符串GET / HTTP/1.1\r\n\r\n,这是一个 HTTP 请求网页内容的命令。
  1. #Send some data to remote server
  2. message = "GET / HTTP/1.1\r\n\r\n"
  3. try :
  4.     #Set the whole string
  5.     s.sendall(message)
  6. except socket.error:
  7.     #Send failed
  8.     print 'Send failed'
  9.     sys.exit()
  10. print 'Message send successfully'
复制代码
发送完数据之后,客户端还需要接受服务器的响应。
接收数据
函数 recv 可以用来接收 socket 的数据:
  1. #Now receive data
  2. reply = s.recv(4096)
  3. print reply
复制代码
一起运行的结果如下:
  1. Socket created
  2. Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
  3. Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145
  4. Message send successfully
  5. HTTP/1.1 302 Found
  6. Cache-Control: private
  7. Content-Type: text/html; charset=UTF-8
  8. Location: http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ
  9. Content-Length: 262
  10. Date: Thu, 11 Dec 2014 08:47:58 GMT
  11. Server: GFE/2.0
  12. Alternate-Protocol: 80:quic,p=0.02
  13. <HTML><HEAD><meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
  14. <TITLE>302 Moved</TITLE></HEAD><BODY>
  15. <H1>302 Moved</H1>
  16. The document has moved
  17. <A HREF="http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ">here</A>.
  18. </BODY></HTML>
复制代码
关闭 socket
当我们不想再次请求服务器数据时,可以将该 socket 关闭,结束这次通信:
  1. s.close()
复制代码

小结
上面我们学到了如何:
  • 创建 socket
  • 连接到远程服务器
  • 发送数据
  • 接收数据
  • 关闭 socket
当我们打开 www.google.com 时,浏览器所做的就是这些,知道这些是非常有意义的。在 socket 中具有这种行为特征的被称为CLIENT,客户端主要是连接远程系统获取数据。
socket 中另一种行为称为SERVER,服务器使用 socket 来接收连接以及提供数据,和客户端正好相反。所以 www.google.com 是服务器,你的浏览器是客户端,或者更准确地说,www.google.com 是 HTTP 服务器,你的浏览器是 HTTP 客户端。



那么上面介绍了客户端的编程,现在轮到服务器端如果使用 socket 了。
服务器端编程
服务器端主要做以下工作:
  • 打开 socket
  • 绑定到特定的地址以及端口上
  • 监听连接
  • 建立连接
  • 接收/发送数据
上面已经介绍了如何创建 socket 了,下面一步是绑定。
绑定 socket
函数 bind 可以用来将 socket 绑定到特定的地址和端口上,它需要一个 sockaddr_in 结构作为参数:
  1. import socket
  2. import sys
  3. HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
  4. PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
  5. s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  6. print 'Socket created'
  7. try:
  8.     s.bind((HOST, PORT))
  9. except socket.error , msg:
  10.     print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
  11.     sys.exit()
  12.      
  13. print 'Socket bind complete'
复制代码
绑定完成之后,接下来就是监听连接了。
监听连接
函数 listen 可以将 socket 置于监听模式:
  1. s.listen(10)
  2. print 'Socket now listening'
复制代码
该函数带有一个参数称为 backlog,用来控制连接的个数。如果设为 10,那么有 10 个连接正在等待处理,此时第 11 个请求过来时将会被拒绝。
接收连接
当有客户端向服务器发送连接请求时,服务器会接收连接:
  1. #wait to accept a connection - blocking call
  2. conn, addr = s.accept()
  3. #display client information
  4. print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
复制代码
运行该程序的,输出结果如下:
  1. $ python server.py
  2. Socket created
  3. Socket bind complete
  4. Socket now listening
复制代码
此时,该程序在 8888 端口上等待请求的到来。不要关掉这个程序,让它一直运行,现在客户端可以通过该端口连接到 socket。我们用 telnet 客户端来测试,打开一个终端,输入 telnet
  1. $ telnet localhost 8888
  2. Trying 127.0.0.1...
  3. Connected to localhost.
  4. Escape character is '^]'.
  5. Connection closed by foreign host.
复制代码
这时服务端输出会显示:
  1. $ python server.py
  2. Socket created
  3. Socket bind complete
  4. Socket now listening
  5. Connected with 127.0.0.1:59954
复制代码
我们观察到客户端已经连接上服务器了。在建立连接之后,我们可以用来与客户端进行通信。下面例子演示的是,服务器建立连接之后,接收客户端发送来的数据,并立即将数据发送回去,下面是完整的服务端程序:
  1. import socket
  2. import sys
  3. HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
  4. PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
  5. s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  6. print 'Socket created'
  7. try:
  8.     s.bind((HOST, PORT))
  9. except socket.error , msg:
  10.     print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
  11.     sys.exit()
  12.      
  13. print 'Socket bind complete'
  14. s.listen(10)
  15. print 'Socket now listening'
  16. #wait to accept a connection - blocking call
  17. conn, addr = s.accept()
  18. print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
  19. #now keep talking with the client
  20. data = conn.recv(1024)
  21. conn.sendall(data)
  22. conn.close()
  23. s.close()
复制代码
在一个终端中运行这个程序,打开另一个终端,使用 telnet 连接服务器,随便输入字符串,你会看到:
  1. $ telnet localhost 8888
  2. Trying 127.0.0.1...
  3. Connected to localhost.
  4. Escape character is '^]'.
  5. happy
  6. happy
  7. Connection closed by foreign host.
复制代码
客户端(telnet)接收了服务器的响应。
我们在完成一次响应之后服务器立即断开了连接,而像 www.google.com 这样的服务器总是一直等待接收连接的。我们需要将上面的服务器程序改造成一直运行,最简单的办法是将 accept 放到一个循环中,那么就可以一直接收连接了。
保持服务
我们可以将代码改成这样让服务器一直工作:
  1. import socket
  2. import sys
  3. HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
  4. PORT = 5000 # Arbitrary non-privileged port
  5. s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  6. print 'Socket created'
  7. try:
  8.     s.bind((HOST, PORT))
  9. except socket.error , msg:
  10.     print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
  11.     sys.exit()
  12.      
  13. print 'Socket bind complete'
  14. s.listen(10)
  15. print 'Socket now listening'
  16. #now keep talking with the client
  17. while 1:
  18.     #wait to accept a connection - blocking call
  19.     conn, addr = s.accept()
  20.     print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
  21.      
  22.     data = conn.recv(1024)
  23.     reply = 'OK...' + data
  24.     if not data:
  25.         break
  26.      
  27.     conn.sendall(reply)
  28. conn.close()
  29. s.close()
复制代码
现在在一个终端下运行上面的服务器程序,再开启三个终端,分别用 telnet 去连接,如果一个终端连接之后不输入数据其他终端是没办法进行连接的,而且每个终端只能服务一次就断开连接。这从代码上也是可以看出来的。
这显然也不是我们想要的,我们希望多个客户端可以随时建立连接,而且每个客户端可以跟服务器进行多次通信,这该怎么修改呢?
处理连接
为了处理每个连接,我们需要将处理的程序与主程序的接收连接分开。一种方法可以使用线程来实现,主服务程序接收连接,创建一个线程来处理该连接的通信,然后服务器回到接收其他连接的逻辑上来。
  1. import socket
  2. import sys
  3. from thread import *
  4. HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
  5. PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port
  6. s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  7. print 'Socket created'
  8. #Bind socket to local host and port
  9. try:
  10.     s.bind((HOST, PORT))
  11. except socket.error , msg:
  12.     print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
  13.     sys.exit()
  14.      
  15. print 'Socket bind complete'
  16. #Start listening on socket
  17. s.listen(10)
  18. print 'Socket now listening'
  19. #Function for handling connections. This will be used to create threads
  20. def clientthread(conn):
  21.     #Sending message to connected client
  22.     conn.send('Welcome to the server. Type something and hit enter\n') #send only takes string
  23.      
  24.     #infinite loop so that function do not terminate and thread do not end.
  25.     while True:
  26.          
  27.         #Receiving from client
  28.         data = conn.recv(1024)
  29.         reply = 'OK...' + data
  30.         if not data:
  31.             break
  32.      
  33.         conn.sendall(reply)
  34.      
  35.     #came out of loop
  36.     conn.close()
  37. #now keep talking with the client
  38. while 1:
  39.     #wait to accept a connection - blocking call
  40.     conn, addr = s.accept()
  41.     print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])
  42.      
  43.     #start new thread takes 1st argument as a function name to be run, second is the tuple of arguments to the function.
  44.     start_new_thread(clientthread ,(conn,))
  45. s.close()
复制代码
再次运行上面的程序,打开三个终端来与主服务器建立 telnet 连接,这时候三个客户端可以随时接入,而且每个客户端可以与主服务器进行多次通信。
telnet 终端下可能输出如下:
  1. $ telnet localhost 8888
  2. Trying 127.0.0.1...
  3. Connected to localhost.
  4. Escape character is '^]'.
  5. Welcome to the server. Type something and hit enter
  6. hi
  7. OK...hi
  8. asd
  9. OK...asd
  10. cv
  11. OK...cv
复制代码
要结束 telnet 的连接,按下 Ctrl-] 键,再输入 close 命令。
服务器终端的输出可能是这样的:
  1. $ python server.py
  2. Socket created
  3. Socket bind complete
  4. Socket now listening
  5. Connected with 127.0.0.1:60730
  6. Connected with 127.0.0.1:60731
复制代码

总结
到目前为止,我们学习了 Python 下基本的 socket 编程。




原文的原文地址:http://www.binarytides.com/python-socket-programming-tutorial/


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Screen Shot 2016-03-15 at 7.34.47 PM.png
Screen Shot 2016-03-15 at 7.37.31 PM.png
Screen Shot 2016-03-15 at 7.40.05 PM.png
Screen Shot 2016-03-15 at 7.43.08 PM.png
Screen Shot 2016-03-15 at 7.46.50 PM.png
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Screen Shot 2016-03-15 at 7.54.43 PM.png
Screen Shot 2016-03-17 at 1.11.01 AM.png
Screen Shot 2016-03-17 at 1.11.16 AM.png

yoyojacky  初级技匠 来自手机

发表于 2016-3-24 02:36:29

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