19.1 网络编程基础

19.1.1 网络与协议

网络是由多个计算机通过通信设备连接而成的系统，用于实现数据交换和资源共享。在网络中，数据的传输需要遵循一定的规则，这些规则被称为协议。

常见的网络协议包括：

TCP/IP 协议簇：是互联网的核心协议，包括 IP（网际协议）、TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）等。

HTTP/HTTPS：用于万维网（WWW）的数据传输，HTTP 是超文本传输协议，HTTPS 是加密的 HTTP。

FTP：文件传输协议，用于在网络上传输文件。

本章主要介绍基于 TCP 和 UDP 的网络编程，以及 HTTP 协议的基本使用。

19.1.2 IP 地址与端口

IP 地址：用于标识网络中的设备，如计算机、服务器等。IPv4 地址是 32 位的整数，通常表示为 4 个十进制数（如192.168.1.1）；IPv6 地址是 128 位的整数，用于解决 IPv4 地址不足的问题。

端口：用于标识设备上的进程（应用程序），范围是 0-65535。其中 0-1023 是知名端口（如 HTTP 的 80 端口、HTTPS 的 443 端口），1024-65535 是动态端口，可用于自定义应用程序。

一个网络连接由IP 地址 + 端口唯一标识，例如127.0.0.1:8080表示本地计算机上的 8080 端口。

19.1.3 客户端与服务器

网络通信通常涉及客户端（Client）和服务器（Server）：

服务器：提供服务的程序，通常处于监听状态，等待客户端的连接请求。

客户端：请求服务的程序，主动向服务器发起连接请求，与服务器进行数据交换。

例如，浏览器是客户端，当你访问网站时，浏览器向网站服务器发起请求，服务器返回网页数据。

19.2 Socket 编程

Socket（套接字）是网络编程的接口，用于实现不同设备之间的通信。Python 的标准库socket提供了 Socket 编程的功能，支持 TCP 和 UDP 协议。

19.2.1 Socket 的基本操作

使用 Socket 进行网络编程的基本步骤：

创建 Socket 对象。

配置 Socket（如绑定 IP 地址和端口、监听连接等）。

进行数据传输（发送和接收数据）。

关闭 Socket。

Socket 的主要方法：

socket()：创建 Socket 对象。

bind()：绑定 IP 地址和端口。

listen()：监听连接（仅服务器）。

accept()：接受连接请求（仅服务器），返回客户端 Socket 和地址。

connect()：连接服务器（仅客户端）。

send()/recv()：发送 / 接收数据。

close()：关闭 Socket。

19.3 TCP 编程

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。TCP 通信需要先建立连接（三次握手），然后进行数据传输，最后断开连接（四次挥手），确保数据的可靠传输。

19.3.1 TCP 服务器

示例：创建一个简单的 TCP 服务器，接收客户端发送的消息并返回响应。

import socket

# 创建TCP Socket对象（AF_INET表示IPv4，SOCK_STREAM表示TCP）

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定IP地址和端口（空字符串表示监听所有网络接口，端口8080）

server_address = ('', 8080)

print(f"绑定到{server_address}，等待连接...")

server_socket.bind(server_address)

# 开始监听，最多允许5个连接请求在队列中

server_socket.listen(5)

try:

while True:

# 接受客户端连接（阻塞等待）

client_socket, client_address = server_socket.accept()

try:

print(f"接收到来自{client_address}的连接")

# 接收客户端发送的数据（最多1024字节）

data = client_socket.recv(1024)

print(f"收到数据：{data.decode('utf-8')}")

# 向客户端发送响应

response = "已收到你的消息：" + data.decode('utf-8')

client_socket.sendall(response.encode('utf-8'))

finally:

# 关闭客户端Socket

client_socket.close()

print(f"与{client_address}的连接已关闭")

except KeyboardInterrupt:

print("服务器已停止")

finally:

# 关闭服务器Socket

server_socket.close()

19.3.2 TCP 客户端

示例：创建 TCP 客户端，向服务器发送消息并接收响应。

import socket

# 创建TCP Socket对象

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接服务器

server_address = ('localhost', 8080)

print(f"连接到{server_address}...")

client_socket.connect(server_address)

try:

# 向服务器发送消息

message = "你好，服务器！"

print(f"发送消息：{message}")

client_socket.sendall(message.encode('utf-8'))

# 接收服务器的响应

data = client_socket.recv(1024)

print(f"收到响应：{data.decode('utf-8')}")

except ConnectionRefusedError:

print("连接失败，服务器可能未启动")

finally:

# 关闭Socket

client_socket.close()

print("连接已关闭")

运行步骤：

先运行服务器程序，服务器开始监听 8080 端口。

再运行客户端程序，客户端连接服务器并发送消息。

服务器收到消息后返回响应，客户端接收响应。

按Ctrl+C停止服务器。

19.4 UDP 编程

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的、不可靠的传输层协议。UDP 通信不需要建立连接，直接发送数据报，不保证数据的可靠传输，但传输速度较快，适合实时性要求高的场景（如视频通话、游戏）。

19.4.1 UDP 服务器

示例：创建 UDP 服务器，接收客户端发送的数据报并返回响应。

import socket

# 创建UDP Socket对象（SOCK_DGRAM表示UDP）

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 绑定IP地址和端口

server_address = ('', 8080)

print(f"绑定到{server_address}，等待数据...")

server_socket.bind(server_address)

try:

while True:

# 接收数据报（最多1024字节），返回数据和客户端地址

data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)

print(f"从{client_address}收到数据：{data.decode('utf-8')}")

# 向客户端发送响应

response = "已收到你的数据：" + data.decode('utf-8')

server_socket.sendto(response.encode('utf-8'), client_address)

except KeyboardInterrupt:

print("服务器已停止")

finally:

# 关闭Socket

server_socket.close()

19.4.2 UDP 客户端

示例：创建 UDP 客户端，向服务器发送数据报并接收响应。

import socket

# 创建UDP Socket对象

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

server_address = ('localhost', 8080)

message = "你好，UDP服务器！"

try:

# 向服务器发送数据报

print(f"发送数据：{message}")

sent = client_socket.sendto(message.encode('utf-8'), server_address)

# 接收服务器的响应

data, server_address = client_socket.recvfrom(1024)

print(f"从{server_address}收到响应：{data.decode('utf-8')}")

except ConnectionRefusedError:

print("发送失败，服务器可能未启动")

finally:

# 关闭Socket

client_socket.close()

print("Socket已关闭")

UDP 与 TCP 的主要区别：

TCP 是面向连接的，UDP 是无连接的。

TCP 保证数据可靠传输（重传丢失的数据包），UDP 不保证。

TCP 传输速度较慢，UDP 传输速度较快。

TCP 适合传输大量数据（如文件），UDP 适合实时通信（如视频、语音）。

19.5 HTTP 编程

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于万维网的应用层协议，基于 TCP 传输数据，采用客户端 - 服务器模式。常见的 HTTP 请求方法有GET（获取资源）和POST（提交数据）。

Python 的标准库urllib和第三方库requests可以用于发送 HTTP 请求，requests库使用更简单，推荐使用。

19.5.1 安装 requests 库

使用 pip 安装requests：

pip install requests

19.5.2 发送 GET 请求

GET请求用于从服务器获取资源（如网页、API 数据）。

示例：使用requests发送 GET 请求

import requests

# 发送GET请求

url = "https://www.baidu.com"

response = requests.get(url)

# 打印响应状态码（200表示成功）

print(f"状态码：{response.status_code}")

# 打印响应内容的前100个字符

print("响应内容：", response.text[:100])

# 获取响应头

print("响应头：", response.headers['Content-Type'])

示例：发送带参数的 GET 请求

import requests

# 请求参数

params = {

"q": "Python", # 搜索关键词

"page": 1 # 页码

}

# 发送带参数的GET请求

url = "https://www.bing.com/search"

response = requests.get(url, params=params)

print(f"请求URL：{response.url}") # 打印实际请求的URL

print(f"状态码：{response.status_code}")

19.5.3 发送 POST 请求

POST请求用于向服务器提交数据（如表单提交、API 数据提交）。

示例：使用requests发送 POST 请求

import requests

# 要提交的数据

data = {

"username": "test",

"password": "123456"

}

# 发送POST请求

url = "https://httpbin.org/post" # 一个用于测试的API

response = requests.post(url, data=data)

# 解析JSON响应（httpbin.org会返回提交的数据）

result = response.json()

print("提交的数据：", result['form'])

19.5.4 处理 JSON 响应

很多 API 返回 JSON 格式的数据，可以使用response.json()方法解析。

示例：获取 JSON 格式的 API 数据

import requests

# 获取GitHub用户信息的API

url = "https://api.github.com/users/octocat"

response = requests.get(url)

if response.status_code == 200:

user_info = response.json()

print(f"用户名：{user_info['login']}")

print(f"仓库数量：{user_info['public_repos']}")

print(f"创建时间：{user_info['created_at']}")

else:

print(f"请求失败，状态码：{response.status_code}")

19.6 示例：简单的 Web 服务器

Python 的标准库http.server可以快速创建一个简单的 Web 服务器，用于测试静态网页。

示例：创建 Web 服务器

from http.server import HTTPServer, SimpleHTTPRequestHandler

# 服务器地址和端口

server_address = ('', 8000)

# 创建服务器，使用SimpleHTTPRequestHandler处理请求

httpd = HTTPServer(server_address, SimpleHTTPRequestHandler)

print(f"Web服务器启动在 http://localhost:8000")

print("按Ctrl+C停止服务器")

try:

# 启动服务器（无限循环处理请求）

httpd.serve_forever()

except KeyboardInterrupt:

# 按Ctrl+C停止服务器

httpd.shutdown()

print("服务器已停止")

运行服务器后，在浏览器中访问http://localhost:8000，可以查看服务器所在目录的文件和文件夹。SimpleHTTPRequestHandler会处理 HTTP GET 请求，返回对应的文件内容（如 HTML 文件、图片等）。

19.7 小结

本章介绍了 Python 网络编程的基础知识，包括 TCP 和 UDP 协议的 Socket 编程，以及使用requests库发送 HTTP 请求。

TCP 编程：适合需要可靠传输的场景，服务器需要bind()、listen()、accept()，客户端需要connect()，双方通过send()和recv()交换数据。

UDP 编程：适合实时性要求高的场景，不需要建立连接，通过sendto()和recvfrom()发送和接收数据报。

HTTP 编程：使用requests库可以方便地发送 GET 和 POST 请求，处理网页和 API 数据。

网络编程是 Python 的重要应用领域，掌握这些基础知识可以帮助你开发网络应用、调用 API 接口、创建客户端 / 服务器程序等。下一章将介绍 Python 的测试与调试方法，帮助你编写更可靠的代码。

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Python入门学习教程:第 19 章网络编程

19.1 网络编程基础

19.1.1 网络与协议

19.1.2 IP 地址与端口

19.1.3 客户端与服务器

19.2 Socket 编程

19.2.1 Socket 的基本操作

19.3 TCP 编程

19.3.1 TCP 服务器

19.3.2 TCP 客户端

19.4 UDP 编程

19.4.1 UDP 服务器

19.4.2 UDP 客户端

19.5 HTTP 编程

19.5.1 安装 requests 库

19.5.2 发送 GET 请求

19.5.3 发送 POST 请求

19.5.4 处理 JSON 响应

19.6 示例：简单的 Web 服务器

19.7 小结

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Python入门学习教程:第 19 章 网络编程

19.1 网络编程基础

19.1.1 网络与协议

19.1.2 IP 地址与端口

19.1.3 客户端与服务器

19.2 Socket 编程

19.2.1 Socket 的基本操作

19.3 TCP 编程

19.3.1 TCP 服务器

19.3.2 TCP 客户端

19.4 UDP 编程

19.4.1 UDP 服务器

19.4.2 UDP 客户端

19.5 HTTP 编程

19.5.1 安装 requests 库

19.5.2 发送 GET 请求

19.5.3 发送 POST 请求

19.5.4 处理 JSON 响应

19.6 示例：简单的 Web 服务器

19.7 小结

Python入门学习教程:第 19 章网络编程