1.TCP编程
IP（Internet protocol，互联网协议）属于网络层协议，为主机提供一种无连接、不可靠、尽力而为的数据报传输服务。IP 协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机。互联网链路复杂，两台计算机之间存在多条线路，因此，路由器就负责决定如何转送一个IP包。IP包的特点是按块发送，途径多个路由，但不保证能到达，也不保证按顺序到达。
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、安全可靠的、基于字节流的传输层协议。IP 层仅能够提供不可靠的包交换，TCP 协议通过3次握手在两台计算机之间建立稳定的连接，然后对每个IP包编号，确保对方按顺序接收，如果包丢失，就会自动重发，最后再通过4次挥手结束连接。当然，这种反复确认的过程，会影响传输效率。
很多高级的协议都是建立在TCP协议基础上的，如浏览器的HTTP协议、发送邮件的SMTP协议、文件传输的FTP协议。
TCP客户端
创建TCP连接时，主动发起连接的一方叫客户端，被动响应连接的一方叫服务器。开发TCP服务可以按如下步骤实现。
- 使用socket()创建一个套接字对象。该行为类似购买手机。
- 调用bind()方法绑定服务器的IP和端口号。该行为类似绑定手机卡。
- 调用listen()方法为套接字对象建立被动连接，监听客户请求。该行为类似待机状态。
- 使用accept()方法等待客户端的连接。该行为类似来电显示，接通电话。
- 使用recv()或send()方法接收或发送数据。该行为类似通话中的听和说。
- 调用close()方法关闭连接。该行为类似挂断电话。
示例1：设计一个请求/响应的TCP连接，由服务器向客户端发送问候语：Hello World，使用网页浏览器接收问候信息，并显示在页面中。
import socket s = socket.socket() # 创建socket对象 s.bind(('127.0.0.1',12345)) # 绑定端口 s.listen(5) # 等待客户端连接 print('服务器处于监听状态中...') while True: c,a = s.accept() # 建立客户端连接 data = c.recv(1024).decode() # 获取客户端请求数据 print(data) # 打印数据 head = 'HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n' body = '<html><head><title>客户端请求</title></head><body><meta charset="utf-8"><h1>Hello World</h1></body></html>' html = head + body c.sendall(html.encode()) # 向客户端发送数据 c.close() # 关闭连接 # 执行该程序，打开浏览器输入127.0.0.1:12345，并可查看。
在发生客户端的字符串中，需要添加’HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n’前缀，设置HTTP头部消息。
示例2：创建一个基于TCP的客户端socket对象，并向百度的Web服务器请求网页信息。
import socket s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 创建一个socket对象 s.connect(('www.baidu.com.cn',80)) # 建立连接 s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n\r\n') # 发送数据，需要以二进制字节流形式 l = [] # 临时列表，初始为空 while True: d = s.recv(1024) # 每次最多接收1kb if d: # 如果接收到数据 l.append(d) # 把数据推入列表中 else: break # 接收完毕，跳出循环 data = b''.join(l) # 把接收的所有数据连接为一个字符串 s.close() # 关闭连接 header,html = data.split(b'\r\n\r\n',1) # 分隔HTTP头和网页内容 print(header.decode('utf-8')) # 打印解码后信息 with open('baidu.html','wb') as f: # 把接入的数据写入文件中 f.write(html) # 将生成的baidu.html文件使用浏览器打开，就可以看到百度的首页。
TCP服务器
创建TCP服务器时，首先要绑定一个服务器端口，然后开始监听该端口，如果接收到客户端的请求，服务器就与客户端建立socket连接，接下来通过这个socket连接与其进行通信。
每建立一个客户端连接，服务器都创建一个socket连接。由于服务器有大量来自不同的客户端的请求，所以，服务器要区分每一个socket连接分别属于哪个客户端。
如果希望服务器并发处理多个客户端的请求，那么就需要用到多进程或多线程技术，否则，在同一个时间内，服务器一次只能服务一个客户端。
示例3：设计一个简单的客户端与服务器无限聊天。客户端和服务器建立连接之后，客户端可以向服务器发送请求文字，服务器可以响应。
# 新建server3.py，输入以下命令，作为服务器端响应文件 import socket s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 创建TCP/IP套接字 s.bind((socket.gethostname(),8888)) # 绑定地址到套接字 s.listen(5) # 设置多连接数量 print('服务器处于监听状态中...\r\n') c,a = s.accept() # 被动接收TCP客户端连接 print('已连接到客户端') print('**提示，如果要退出，请输入esc后回车.\r\n') d = c.recv(1024).decode() # 接收客户端数据 while d != 'esc': # 判断是否退出 if d: print('客户端说：'+d) send_data = input('服务器说：') # 发送消息 c.send(send_data.encode()) # 发送TCP数据 if send_data == 'esc': # 如果发送exit，则退出 break d = c.recv(1024).decode() # 接收客户端数据 c.close() # 关闭客户端套接字 s.close() # 关闭服务器端套接字 # 新建client3.py，输入以下命令，作为客户端请求文件 import socket s = socket.socket() # 创建套接字 s.connect((socket.gethostname(),8888)) # 连接TCP服务器 print('已连接到服务器.') print('**提示，如果要退出，请输入esc后回车.\r\n') d = '' while d != 'esc': # 判断是否退出 send_data = input('客户端说：') # 输入内容 s.send(send_data.encode()) # 发送TCP数据 if send_data == 'esc': # 如果发送exit，则退出 break d = s.recv(1024).decode() # 接收服务器数据 print('服务器说：'+d) s.close() # 关闭套接字 # 分别执行两个文件，并可实现终端客户的和服务器进行聊天
示例4：设计服务器程序，用来接收客户端请求，把客户端发过来的字符串加上Hello前缀，再转发回去进行响应。
# 新建server4.py，输入以下命令，作为服务器端响应文件 import socket import time import threading s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 创建TCP/IP套接字 s.bind(('127.0.0.1',9999)) # 绑定地址到套接字 s.listen(5) # 设置多连接数量 print('Waiting for connection...') def tcplink(c,a): # TCP 连接函数 print('Accept new connection from %s:%s...'%(c,a)) c.send(b'Welcome!') # 发送问候消息 while True: d = c.recv(1024) # 接收消息 time.sleep(1) # 睡眠1s if not d or d.decode('utf-8') == 'exit': break c.send(('Hello,%s!'% d.decode('utf-8')).encode('utf-8')) # 响应消息 c.close() # 关闭连接 print('Connection from %s:%s closed'%(c,a)) while True: c,a = s.accept() # 接收一个新连接 t = threading.Thread(target=tcplink,args=(c,a)) t.start() # 开启线程 # 新建client4.py，输入以下命令，作为客户端请求文件 import socket s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM) # 创建套接字 s.connect(('127.0.0.1',9999)) # 连接TCP服务器 print(s.recv(1024).decode('utf-8')) # 接收欢迎消息 for d in [b'Michael',b'Tracy',b'Sarah']: # 循环请求，批量发送多个消息 s.send(d) # 发送数据 print(s.recv(1024).decode('utf-8')) # 打印接收信息 s.send(b'exit') # 发送结束命令 s.close() # 关闭连接 # 分别执行两个文件，并可实现客户端和服务器之间通信
2.UDP编程
UDP（user datagram protocol，用户数据协议）是一种无连接的通信协议，与TCP同属传输层协议，两者比较如下：
- TCP是面向连接的传输控制协议，UDP是无连接的数据报服务协议。
- TCP具有高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序等问题。UDP在传输数据时，不建立连接，会出现丢失、重复和乱序等问题。
- UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高。
- UDP数据结构比TCP数据结构简单，因此网络开销也小。
- TCP协议可以保证接收端毫无差错地接收到发送端发出的字节流，为应用程序提供可靠的通信服务。对可靠性要求高的通信系统往往使用TCP传输数据。如HTTP运用TCP进行数据的传输。
- UDP是面向消息的协议，一般用于多点通信和实时数据服务。即使丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大的影响。如视频直播。
创建UDP服务器和客户端
- 服务器
- socket.bind()
- data,addr = socket.recvfrom(1024)
- socket.sendto(data,addr)
- 客户端
- socket.sendto(data,addr)
- socket.recv()
# 新建server5.py，输入以下命令，作为服务器端响应文件 import socket s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 创建UDP套接字 s.bind(('127.0.0.1',9999)) # 绑定地址到套接字 while True: data,addr = s.recvfrom(1024) # 接收 print(data,addr) s.sendto(b'Hello,%s'%data,addr) # 发送 # 新建client5.py，输入以下命令，作为客户端请求文件 import socket s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 创建套接字 for data in [b'a',b'b',b'c']: s.sendto(data,('127.0.0.1',9999)) # 发送 print(s.recv(1024).decode('utf-8')) # 接收 s.close() # 关闭
示例5：设计一个简单的客户端与服务器之间的网络运算。服务器用来做计算，客户端用来显示结果。
# 新建server6.py，输入以下命令，作为服务器端响应文件 import socket def f(n): # 定义阶乘函数 j = 1 for i in range(1,n+1): j = j*i return j s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 创建UDP套接字 s.bind(('127.0.0.1',9999)) # 绑定地址到套接字 data,addr = s.recvfrom(1024) # 接收 data = f(int(data)) # 调用阶乘函数，计算阶乘结果 send_data = str(data) # 把数字转换为字符串 print(data,addr) # 打印客户消息 s.sendto(send_data.encode(),addr) # 发送客户端 s.close() # 关闭 # 新建client6.py，输入以下命令，作为客户端请求文件 import socket s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM) # 创建套接字 data = int(input('请输入一个大于1的整数：')) s.sendto(str(data).encode(),('127.0.0.1',9999)) # 发送 print('计算结果：',s.recv(1024).decode('utf-8')) # 接收 s.close() # 关闭
