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在当今数字化时代#xff0c;网络已经贯穿我们生活的方方面面#xff0c;成为信息传递和交流的重要媒介。而Python#xff0c;作为一门强大而灵活的编程语言#xff0c;自然也在网络编程领域展现出其强大的一面。本文将带领读者进入Python网络编程的未知领域网络已经贯穿我们生活的方方面面成为信息传递和交流的重要媒介。而Python作为一门强大而灵活的编程语言自然也在网络编程领域展现出其强大的一面。本文将带领读者进入Python网络编程的未知领域深入了解网络基础概念、使用Socket进行网络通信的冒险以及创建简单的客户端-服务器应用的探索过程。
1.网络基础概念迷人的网络世界
首先我们来了解一些基础概念深入网络的迷人世界。网络是由许多相互连接的计算机组成的它们通过数据链路进行通信。在这个网络中数据被分割成小的数据包通过各种协议在计算机之间传递。
1.1 IP地址
IP地址Internet Protocol Address
IP地址是用于在网络中唯一标识设备的标识符。它是一个由32位IPv4或128位IPv6二进制数字组成的地址用于确保在网络上唯一标识每个设备。IP地址的作用类似于电话号码它使得数据能够从一个设备传输到另一个设备。IP地址分为内网IP地址和公网IP地址 内网IP地址 在局域网中使用的IP地址用于在局域网内部识别设备。内网IP地址通常由路由器分配用于局域网内的通信但不能直接从互联网访问。 示例192.168.1.1 公网IP地址 在全球互联网中使用的IP地址用于在互联网上唯一标识设备。公网IP地址是全球唯一的使设备能够在互联网上相互通信。 示例203.0.113.1
在Python中你可以使用 socket 和 requests 库来获取自己电脑的内网IP和公网IP。
获取内网IP
import socketdef get_local_ip():try:# 获取本机电脑名host_name socket.gethostname()# 获取本机iplocal_ip socket.gethostbyname(host_name)return local_ipexcept Exception as e:print(f获取本机IP失败{e})return None# 调用函数获取内网IP
local_ip get_local_ip()
if local_ip:print(f本机内网IP地址{local_ip})
else:print(获取本机内网IP失败)获取公网IP
import requestsdef get_public_ip():try:# 通过访问一个返回客户端公网IP的API获取公网IPresponse requests.get(https://api64.ipify.org?formatjson)if response.status_code 200:public_ip response.json()[ip]return public_ipelse:print(f获取公网IP失败HTTP状态码{response.status_code})return Noneexcept Exception as e:print(f获取公网IP失败{e})return None# 调用函数获取公网IP
public_ip get_public_ip()
if public_ip:print(f本机公网IP地址{public_ip})
else:print(获取本机公网IP失败)请注意 获取内网IP的方法适用于在有网络连接的情况下通过本机主机名获取内网IP。如果主机名无法解析或网络不可用可能会导致获取失败。 获取公网IP的方法通过访问一个提供公网IP的API来获取。在使用此方法时请确保你的网络连接正常而且能够访问该API。
1.2 端口号
端口号是用于标识主机上运行的特定应用程序的数字。一个IP地址与一个端口号组合在一起形成一个套接字Socket套接字用于在网络上唯一标识一个进程。端口号的范围是从0到65535其中0到1023是被保留用于系统服务或常见应用的“知名端口”而1024到49151是用于注册应用的“注册端口”49152到65535是动态或私有端口。 知名端口Well-Known Ports 0到1023的端口号通常被一些知名的网络服务使用如HTTP80端口、HTTPS443端口、FTP21端口等。 注册端口Registered Ports 1024到49151的端口号可以被用户注册的应用或服务使用。 动态或私有端口Dynamic or Private Ports 49152到65535的端口号用于动态分配一般由客户端应用程序使用。
在网络通信中源和目标设备之间的通信通过IP地址和端口号的组合实现。例如一个Web服务器可能监听80端口客户端通过访问服务器的IP地址和端口号80来获取Web页面。端口号是网络通信中非常重要的一部分它确保正确的数据到达正确的应用程序。
1.3 协议
网络协议是计算机网络中设备之间进行通信和数据交换的规则和约定的集合。它定义了数据的格式、传输方法、错误检测和纠正等一系列通信细节确保不同设备和系统之间能够顺利、有效地进行数据交流。网络协议是计算机网络正常运行的基础它负责管理数据的传输、路由、错误处理以及安全性等方面。
以下是一些常见的网络协议 TCP/IP协议族 TCP/IPTransmission Control Protocol/Internet Protocol是互联网上使用最广泛的一组协议。它包括多个协议其中最重要的是TCP和IP TCPTransmission Control Protocol 提供可靠的、面向连接的数据传输服务。TCP确保数据的顺序和可靠性适用于需要高可靠性的应用如文件传输和网页浏览。 IPInternet Protocol 负责在网络中寻址和路由将数据包从源主机传递到目标主机。IPv4和IPv6是两个主要版本的IP协议。 HTTPHypertext Transfer Protocol 用于在Web浏览器和Web服务器之间传递超文本文档。HTTP是无状态的协议每个请求和响应之间没有状态保持。 HTTPSHypertext Transfer Protocol Secure 基于HTTP协议通过TLS/SSL加密保护数据传输的协议。HTTPS用于安全的、加密的Web通信对敏感信息的传输提供了保护。 FTPFile Transfer Protocol 用于在网络上传输文件的协议。FTP支持上传和下载文件以及对文件进行管理。 SMTPSimple Mail Transfer Protocol 用于电子邮件的传输。SMTP负责发送电子邮件确保电子邮件从发件人到达收件人的可靠传输。 POP3Post Office Protocol version 3 用于从邮件服务器接收电子邮件的协议。POP3允许用户下载邮件到本地设备通常与SMTP一起使用。 IMAPInternet Message Access Protocol 与POP3类似用于接收电子邮件。IMAP允许用户在邮件服务器上保留邮件的副本并能够在不同设备上同步邮件状态。 DNSDomain Name System 用于将域名如www.example.com解析为IP地址。DNS通过域名解析使用户更方便地访问Internet上的服务。 UDPUser Datagram Protocol 与TCP一样属于传输层的协议但是是无连接的、不可靠的协议。UDP适用于实时性要求高、且可以容忍一些数据丢失的场景如音频和视频流传输。
这些协议构成了互联网上通信的基础每个协议都有其特定的用途和工作方式。网络协议的存在使得不同设备、操作系统和应用程序能够在互联网上协同工作实现数据的传输和共享。
2. 使用Socket进行网络通信的冒险
在Python中Socket是一种通信机制可以通过它在不同计算机之间传递数据。我们将使用Socket进行网络通信的冒险通过建立连接、传输数据来感受网络的魅力。
2.1 Socket 包介绍
在Python中socket 是用于网络编程的标准库提供了一组丰富的函数和类用于创建和管理套接字从而实现网络通信。
2.1.1. 创建套接字
使用 socket.socket() 函数可以创建一个新的套接字对象。该函数需要两个参数第一个参数是地址族第二个参数是套接字类型。
import socket# 创建TCP套接字
server_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)2.1.2. 绑定和监听
通过 bind() 方法将套接字绑定到一个地址和端口号然后使用 listen() 方法开始监听连接请求。
server_address (127.0.0.1, 8888)
server_socket.bind(server_address)
server_socket.listen(5)2.1.3. 接受连接
使用 accept() 方法接受客户端的连接请求并返回一个新的套接字对象和客户端地址。
client_socket, client_address server_socket.accept()2.1.4. 发送和接收数据
使用 send() 方法发送数据使用 recv() 方法接收数据。
data bHello, Server!
client_socket.send(data)received_data client_socket.recv(1024)2.1.5. 关闭连接
使用 close() 方法关闭套接字连接。
client_socket.close()
server_socket.close()2.1.6. 异常处理
在网络编程中异常处理是非常重要的一部分。Socket 提供了一些异常类型如 socket.error用于处理套接字操作中可能发生的错误。
try:# Socket 操作
except socket.error as e:print(fSocket 出现错误: {e})2.1.7. UDP套接字
除了TCP套接字外socket 包也支持创建UDP套接字。
udp_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)2.1.8. SSL套接字
对于安全的通信socket 包支持通过 ssl 模块创建SSL套接字。
import sslcontext ssl.create_default_context(ssl.Purpose.CLIENT_AUTH)
ssl_socket context.wrap_socket(server_socket, server_sideTrue)2.1.9. 异步IO
在异步编程中socket 可以与 asyncio 结合使用实现非阻塞的异步IO操作。
import asyncioasync def handle_client(reader, writer):# 异步处理客户端请求server await asyncio.start_server(handle_client, 127.0.0.1, 8888)
await server.serve_forever()2.1.10. 设置选项
setsockopt() 方法允许设置套接字选项如超时时间等。
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)2.1.11. 获取本地和远程地址信息
使用 getsockname() 方法可以获取套接字的本地地址信息而 getpeername() 方法可以获取远程地址信息。
local_address server_socket.getsockname()
remote_address client_socket.getpeername()2.1.12. 非阻塞套接字
可以使用 setblocking() 方法将套接字设置为非阻塞模式。
server_socket.setblocking(False)2.1.13. 超时设置
使用 settimeout() 方法可以设置套接字的超时时间避免长时间等待。
server_socket.settimeout(10)2.1.14. 多播
socket 包还提供了支持多播的功能可以通过 IP_MULTICAST 相关的选项进行设置。
multicast_group (224.0.0.1, 10000)
server_socket.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_MULTICAST_TTL, 2)
server_socket.sendto(bMulticast Message, multicast_group)2.1.15. SocketServer 模块
socket 包中还包括了 SocketServer 模块提供了更高层次的服务器实现可以更容易地创建基于TCP和UDP的服务器。
import socketserverclass MyTCPHandler(socketserver.BaseRequestHandler):def handle(self):# 处理客户端请求server socketserver.TCPServer((127.0.0.1, 8888), MyTCPHandler)
server.serve_forever()2.2 常用的组合
2.2.1 创建Socket连接
首先我们需要创建Socket对象并指定通信使用的协议TCP或UDP以及IP地址和端口号。
import socket# 创建TCP Socket
server_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 绑定IP地址和端口号
server_address (127.0.0.1, 8888)
server_socket.bind(server_address)# 监听连接
server_socket.listen(5)
print(等待客户端连接...)2.2.2 接受和发送数据
一旦建立连接服务器可以接受来自客户端的连接并进行数据传输。
# 等待客户端连接
client_socket, client_address server_socket.accept()
print(连接来自:, client_address)# 接收数据
data client_socket.recv(1024)
print(接收到的数据:, data.decode(utf-8))# 发送数据
message 欢迎加入冒险者联盟
client_socket.send(message.encode(utf-8))3.简单的客户端-服务器应用冒险者联盟
现在我们将通过一个简单的客户端-服务器应用来演示网络通信的过程。在这个应用中服务器将发送欢迎消息给连接的客户端。
3.1 服务器端代码
# 服务器端代码
import socketserver_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_address (127.0.0.1, 8888)
server_socket.bind(server_address)
server_socket.listen(5)print(等待客户端连接...)client_socket, client_address server_socket.accept()
print(连接来自:, client_address)data client_socket.recv(1024)
print(接收到的数据:, data.decode(utf-8))message 欢迎加入冒险者联盟
client_socket.send(message.encode(utf-8))3.2 客户端代码
# 客户端代码
import socketclient_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_address (127.0.0.1, 8888)
client_socket.connect(server_address)message 你好冒险者联盟
client_socket.send(message.encode(utf-8))data client_socket.recv(1024)
print(服务器消息:, data.decode(utf-8))client_socket.close()通过这个简单的例子我们深入了解了网络基础概念、Socket的使用方法以及如何创建一个简单的客户端-服务器应用。
4. 拓展知识异步编程和网络安全
除了基础知识网络编程还涉及到许多拓展的领域例如异步编程和网络安全。异步编程可以提高程序的性能和响应速度而网络安全则关乎着信息传输的保密性和完整性。
4.1 异步编程
在网络编程中异步编程变得越来越重要。通过使用asyncio库我们可以实现异步的网络通信提高程序的效率。下面是一个简单的异步服务器的例子
import asyncioasync def handle_client(reader, writer):data await reader.read(100)message data.decode(utf-8)addr writer.get_extra_info(peername)print(fReceived {message!r} from {addr!r})print(Send: Hello, adventurer!)writer.write(Hello, adventurer!.encode(utf-8))await writer.drain()print(Closing the connection)writer.close()async def main():server await asyncio.start_server(handle_client, 127.0.0.1, 8888)addr server.sockets[0].getsockname()print(fServing on {addr})async with server:await server.serve_forever()asyncio.run(main())4.2 网络安全
网络安全是一个复杂而关键的领域。在网络通信中数据
的加密和身份验证是至关重要的。Python中的ssl库可以帮助我们实现安全的网络通信。下面是一个简单的使用SSL的服务器端代码
import ssl
import socketserver_socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_address (127.0.0.1, 8888)# 使用SSL包装Socket
ssl_server_socket ssl.wrap_socket(server_socket, keyfileserver-key.pem, certfileserver-cert.pem, server_sideTrue)ssl_server_socket.bind(server_address)
ssl_server_socket.listen(5)print(等待安全连接...)client_socket, client_address ssl_server_socket.accept()
print(安全连接来自:, client_address)data client_socket.recv(1024)
print(接收到的数据:, data.decode(utf-8))message 欢迎加入安全的冒险者联盟
client_socket.send(message.encode(utf-8))# 关闭SSL连接
client_socket.close()
ssl_server_socket.close()写在最后
本文介绍了Python网络编程的基础知识包括网络基础概念、Socket的使用方法以及通过一个简单的客户端-服务器应用来体验网络通信的过程。通过深入了解网络我们能够更好地利用Python在网络编程领域展开冒险创造更多有趣和实用的应用。
在未来的学习中读者可以进一步探索高级的网络编程技术如异步编程和网络安全以拓展自己的知识领域。祝愿各位冒险者在网络的未知领域中取得丰硕的成果继续探险迎接更多有趣的挑战。
