原文轉(zhuǎn)自：Python教程

TCP/IP簡介
雖然大家現(xiàn)在對互聯(lián)網(wǎng)很熟悉畏梆，但是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)比互聯(lián)網(wǎng)要早很多蟹腾。

計(jì)算機(jī)為了聯(lián)網(wǎng)煌珊，就必須規(guī)定通信協(xié)議私杜，早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)蚕键，都是由各廠商自己規(guī)定一套協(xié)議，IBM衰粹、Apple和Microsoft都有各自的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議锣光，互不兼容，這就好比一群人有的說英語铝耻，有的說中文誊爹，有的說德語，說同一種語言的人可以交流瓢捉，不同的語言之間就不行了频丘。為了把全世界的所有不同類型的計(jì)算機(jī)都連接起來，就必須規(guī)定一套全球通用的協(xié)議泡态，為了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)目標(biāo)搂漠，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇（Internet Protocol Suite）就是通用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。Internet是由inter和net兩個(gè)單詞組合起來的某弦，原意就是連接“網(wǎng)絡(luò)”的網(wǎng)絡(luò)状答，有了Internet，任何私有網(wǎng)絡(luò)刀崖，只要支持這個(gè)協(xié)議，就可以聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)拍摇。

因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議包含了上百種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)亮钦，但是最重要的兩個(gè)協(xié)議是TCP和IP協(xié)議，所以充活，大家把互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議簡稱TCP/IP協(xié)議蜂莉。
通信的時(shí)候，雙方必須知道對方的標(biāo)識混卵，好比發(fā)郵件必須知道對方的郵件地址映穗。互聯(lián)網(wǎng)上每個(gè)計(jì)算機(jī)的唯一標(biāo)識就是IP地址幕随，類似123.123.123.123蚁滋。如果一臺計(jì)算機(jī)同時(shí)接入到兩個(gè)或更多的網(wǎng)絡(luò)，比如路由器，它就會有兩個(gè)或多個(gè)IP地址辕录，所以睦霎，IP地址對應(yīng)的實(shí)際上是計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口，通常是網(wǎng)卡走诞。

IP協(xié)議負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從一臺計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一臺計(jì)算機(jī)副女。數(shù)據(jù)被分割成一小塊一小塊，然后通過IP包發(fā)送出去蚣旱。由于互聯(lián)網(wǎng)鏈路復(fù)雜碑幅，兩臺計(jì)算機(jī)之間經(jīng)常有多條線路，因此塞绿，路由器就負(fù)責(zé)決定如何把一個(gè)IP包轉(zhuǎn)發(fā)出去沟涨。IP包的特點(diǎn)是按塊發(fā)送，途徑多個(gè)路由位隶，但不保證能到達(dá)拷窜，也不保證順序到達(dá)。

IP協(xié)議示意

IP地址實(shí)際上是一個(gè)32位整數(shù)（稱為IPv4）涧黄，以字符串表示的IP地址如192.168.0.1實(shí)際上是把32位整數(shù)按8位分組后的數(shù)字表示篮昧，目的是便于閱讀。IPv6地址實(shí)際上是一個(gè)128位整數(shù)笋妥，它是目前使用的IPv4的升級版懊昨，以字符串表示類似于2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334.

TCP協(xié)議則是建立在IP協(xié)議之上的。TCP協(xié)議負(fù)責(zé)在兩臺計(jì)算機(jī)之間建立可靠連接春宣，保證數(shù)據(jù)包按順序到達(dá)酵颁。TCP協(xié)議會通過握手建立連接，然后月帝，對每個(gè)IP包編號躏惋，確保對方按順序收到，如果包丟掉了嚷辅，就自動重發(fā)簿姨。
許多常用的更高級的協(xié)議都是建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)上的，比如用于瀏覽器的HTTP協(xié)議簸搞、發(fā)送郵件的SMTP協(xié)議等扁位。

一個(gè)IP包除了包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外，還包含源IP地址和目標(biāo)IP地址趁俊，源端口和目標(biāo)端口域仇。

端口有什么作用？在兩臺計(jì)算機(jī)通信時(shí)寺擂，只發(fā)IP地址是不夠的暇务，因?yàn)橥慌_計(jì)算機(jī)上跑著多個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序泼掠。一個(gè)IP包來了之后，到底是交給瀏覽器還是QQ般卑，就需要端口號來區(qū)分武鲁。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序都向操作系統(tǒng)申請唯一的端口號，這樣蝠检，兩個(gè)進(jìn)程在兩臺計(jì)算機(jī)之間建立網(wǎng)絡(luò)連接就需要各自的IP地址和各自的端口號沐鼠。
一個(gè)進(jìn)程也可能同時(shí)與多個(gè)計(jì)算機(jī)建立鏈接，因此它會申請很多端口叹谁。
了解了TCP/IP協(xié)議的基本概念饲梭，IP地址和端口的概念，我們就可以開始進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程了焰檩。

TCP編程

Socket是網(wǎng)絡(luò)編程的一個(gè)抽象概念憔涉。通常我們用一個(gè)Socket表示“打開了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈接”，而打開一個(gè)Socket需要知道目標(biāo)計(jì)算機(jī)的IP地址和端口號析苫，再指定協(xié)議類型即可兜叨。

客戶端
大多數(shù)連接都是可靠的TCP連接。創(chuàng)建TCP連接時(shí)衩侥，主動發(fā)起連接的叫客戶端国旷，被動響應(yīng)連接的叫服務(wù)器。

舉個(gè)例子茫死，當(dāng)我們在瀏覽器中訪問新浪時(shí)跪但，我們自己的計(jì)算機(jī)就是客戶端，瀏覽器會主動向新浪的服務(wù)器發(fā)起連接峦萎。如果一切順利屡久，新浪的服務(wù)器接受了我們的連接，一個(gè)TCP連接就建立起來的爱榔，后面的通信就是發(fā)送網(wǎng)頁內(nèi)容了被环。

所以，我們要創(chuàng)建一個(gè)基于TCP連接的Socket详幽，可以這樣做：

# 導(dǎo)入socket庫:

import socket

# 創(chuàng)建一個(gè)socket:

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

# 建立連接:

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

創(chuàng)建Socket時(shí)蛤售，AF_INET指定使用IPv4協(xié)議，如果要用更先進(jìn)的IPv6妒潭，就指定為AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP協(xié)議揣钦，這樣雳灾，一個(gè)Socket對象就創(chuàng)建成功，但是還沒有建立連接冯凹。

客戶端要主動發(fā)起TCP連接谎亩，必須知道服務(wù)器的IP地址和端口號炒嘲。新浪網(wǎng)站的IP地址可以用域名www.sina.com.cn自動轉(zhuǎn)換到IP地址，但是怎么知道新浪服務(wù)器的端口號呢匈庭？

答案是作為服務(wù)器夫凸，提供什么樣的服務(wù)，端口號就必須固定下來阱持。由于我們想要訪問網(wǎng)頁夭拌，因此新浪提供網(wǎng)頁服務(wù)的服務(wù)器必須把端口號固定在80
端口，因?yàn)?0端口是Web服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)端口衷咽。其他服務(wù)都有對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)端口號鸽扁，例如SMTP服務(wù)是25端口，F(xiàn)TP服務(wù)是21端口镶骗，等等桶现。端口號小于1024的是Internet標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的端口，端口號大于1024的鼎姊，可以任意使用骡和。

因此，我們連接新浪服務(wù)器的代碼如下：

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

注意參數(shù)是一個(gè)tuple相寇，包含地址和端口號慰于。建立TCP連接后，我們就可以向新浪服務(wù)器發(fā)送請求裆赵，要求返回首頁的內(nèi)容：

# 發(fā)送數(shù)據(jù):
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')

TCP連接創(chuàng)建的是雙向通道东囚，雙方都可以同時(shí)給對方發(fā)數(shù)據(jù)。但是誰先發(fā)誰后發(fā)战授，怎么協(xié)調(diào)页藻，要根據(jù)具體的協(xié)議來決定。例如植兰，HTTP協(xié)議規(guī)定客戶端必須先發(fā)請求給服務(wù)器份帐，服務(wù)器收到后才發(fā)數(shù)據(jù)給客戶端。

發(fā)送的文本格式必須符合HTTP標(biāo)準(zhǔn)楣导，如果格式?jīng)]問題废境，接下來就可以接收新浪服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)了：

# 接收數(shù)據(jù):
buffer = []
while True:
    # 每次最多接收1k字節(jié):
    d = s.recv(1024)
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = b''.join(buffer)

接收數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用recv(max)方法筒繁，一次最多接收指定的字節(jié)數(shù)噩凹，因此，在一個(gè)while循環(huán)中反復(fù)接收毡咏，直到recv()返回空數(shù)據(jù)驮宴，表示接收完畢，退出循環(huán)呕缭。

當(dāng)我們接收完數(shù)據(jù)后堵泽，調(diào)用close()方法關(guān)閉Socket修己，這樣，一次完整的網(wǎng)絡(luò)通信就結(jié)束了：

# 關(guān)閉連接:s.close()

接收到的數(shù)據(jù)包括HTTP頭和網(wǎng)頁本身迎罗，我們只需要把HTTP頭和網(wǎng)頁分離一下睬愤，把HTTP頭打印出來，網(wǎng)頁內(nèi)容保存到文件：

header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)

print(header.decode('utf-8'))

# 把接收的數(shù)據(jù)寫入文件:

with open('sina.html', 'wb') as f:

    f.write(html)

現(xiàn)在纹安，只需要在瀏覽器中打開這個(gè)sina.html文件尤辱，就可以看到新浪的首頁了。

服務(wù)器
和客戶端編程相比钻蔑，服務(wù)器編程就要復(fù)雜一些啥刻。
服務(wù)器進(jìn)程首先要綁定一個(gè)端口并監(jiān)聽來自其他客戶端的連接。如果某個(gè)客戶端連接過來了咪笑，服務(wù)器就與該客戶端建立Socket連接可帽，隨后的通信就靠這個(gè)Socket連接了。

所以窗怒，服務(wù)器會打開固定端口（比如80）監(jiān)聽映跟，每來一個(gè)客戶端連接，就創(chuàng)建該Socket連接扬虚。由于服務(wù)器會有大量來自客戶端的連接努隙，所以，服務(wù)器要能夠區(qū)分一個(gè)Socket連接是和哪個(gè)客戶端綁定的辜昵。一個(gè)Socket依賴4項(xiàng)：服務(wù)器地址荸镊、服務(wù)器端口、客戶端地址堪置、客戶端端口來唯一確定一個(gè)Socket躬存。
但是服務(wù)器還需要同時(shí)響應(yīng)多個(gè)客戶端的請求，所以舀锨，每個(gè)連接都需要一個(gè)新的進(jìn)程或者新的線程來處理岭洲，否則，服務(wù)器一次就只能服務(wù)一個(gè)客戶端了坎匿。
我們來編寫一個(gè)簡單的服務(wù)器程序盾剩，它接收客戶端連接，把客戶端發(fā)過來的字符串加上Hello再發(fā)回去替蔬。

首先告私，創(chuàng)建一個(gè)基于IPv4和TCP協(xié)議的Socket：

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

然后，我們要綁定監(jiān)聽的地址和端口承桥。服務(wù)器可能有多塊網(wǎng)卡驻粟，可以綁定到某一塊網(wǎng)卡的IP地址上，也可以用0.0.0.0綁定到所有的網(wǎng)絡(luò)地址快毛，還可以用127.0.0.1綁定到本機(jī)地址格嗅。127.0.0.1是一個(gè)特殊的IP地址，表示本機(jī)地址唠帝，如果綁定到這個(gè)地址屯掖，客戶端必須同時(shí)在本機(jī)運(yùn)行才能連接，也就是說襟衰，外部的計(jì)算機(jī)無法連接進(jìn)來贴铜。
端口號需要預(yù)先指定。因?yàn)槲覀儗懙倪@個(gè)服務(wù)不是標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)瀑晒，所以用9999這個(gè)端口號绍坝。請注意，小于1024的端口號必須要有管理員權(quán)限才能綁定：

# 監(jiān)聽端口:s.bind(('127.0.0.1', 9999))

緊接著苔悦，調(diào)用listen()方法開始監(jiān)聽端口轩褐，傳入的參數(shù)指定等待連接的最大數(shù)量：

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

接下來，服務(wù)器程序通過一個(gè)永久循環(huán)來接受來自客戶端的連接玖详，accept()
會等待并返回一個(gè)客戶端的連接:

while True:

    # 接受一個(gè)新連接:

    sock, addr = s.accept()

    # 創(chuàng)建新線程來處理TCP連接:

    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr))

    t.start()

每個(gè)連接都必須創(chuàng)建新線程（或進(jìn)程）來處理把介，否則，單線程在處理連接的過程中蟋座，無法接受其他客戶端的連接:

def tcplink(sock, addr):

    print('Accept new connection from %s:%s...' % addr)

    sock.send(b'Welcome!')

    while True:

        data = sock.recv(1024)

        time.sleep(1)

        if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':

            break

        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))

    sock.close()

    print('Connection from %s:%s closed.' % addr)

連接建立后拗踢，服務(wù)器首先發(fā)一條歡迎消息，然后等待客戶端數(shù)據(jù)向臀，并加上Hello再發(fā)送給客戶端巢墅。如果客戶端發(fā)送了exit字符串，就直接關(guān)閉連接券膀。
要測試這個(gè)服務(wù)器程序君纫，我們還需要編寫一個(gè)客戶端程序：

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

# 建立連接:

s.connect(('127.0.0.1', 9999))

# 接收歡迎消息:

print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:

    # 發(fā)送數(shù)據(jù):

    s.send(data)

    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

s.send(b'exit')

s.close()

我們需要打開兩個(gè)命令行窗口，一個(gè)運(yùn)行服務(wù)器程序三娩，另一個(gè)運(yùn)行客戶端程序庵芭，就可以看到效果了：

運(yùn)行結(jié)果

需要注意的是，客戶端程序運(yùn)行完畢就退出了雀监，而服務(wù)器程序會永遠(yuǎn)運(yùn)行下去双吆，必須按Ctrl+C退出程序。

小結(jié)
用TCP協(xié)議進(jìn)行Socket編程在Python中十分簡單会前，對于客戶端好乐，要主動連接服務(wù)器的IP和指定端口，對于服務(wù)器瓦宜，要首先監(jiān)聽指定端口蔚万，然后，對每一個(gè)新的連接临庇，創(chuàng)建一個(gè)線程或進(jìn)程來處理反璃。通常昵慌，服務(wù)器程序會無限運(yùn)行下去。
同一個(gè)端口淮蜈，被一個(gè)Socket綁定了以后斋攀，就不能被別的Socket綁定了。
源碼：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
# 創(chuàng)建一個(gè)socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 建立連接:
s.connect(('www.sina.com.cn', 80))
# 發(fā)送數(shù)據(jù):
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')
# 接收數(shù)據(jù):

buffer = []
while True:
    # 每次最多接收1k字節(jié):
    d = s.recv(1024)
    if d
        buffer.append(d)
    else:
        break
data = b''.join(buffer)
# 關(guān)閉連接:
s.close()
header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)

print(header.decode('utf-8'))
# 把接收的數(shù)據(jù)寫入文件:
with open('sina.html', 'wb') as f:
    f.write(html)

UDP編程
TCP是建立可靠連接梧田，并且通信雙方都可以以流的形式發(fā)送數(shù)據(jù)淳蔼。相對TCP，UDP則是面向無連接的協(xié)議裁眯。

使用UDP協(xié)議時(shí)鹉梨，不需要建立連接，只需要知道對方的IP地址和端口號穿稳，就可以直接發(fā)數(shù)據(jù)包存皂。但是，能不能到達(dá)就不知道了司草。

雖然用UDP傳輸數(shù)據(jù)不可靠艰垂，但它的優(yōu)點(diǎn)是和TCP比，速度快埋虹，對于不要求可靠到達(dá)的數(shù)據(jù)猜憎，就可以使用UDP協(xié)議。

我們來看看如何通過UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)搔课。和TCP類似删铃，使用UDP的通信雙方也分為客戶端和服務(wù)器入问。服務(wù)器首先需要綁定端口：

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

# 綁定端口:

s.bind(('127.0.0.1', 9999))

創(chuàng)建Socket時(shí)融涣，SOCK_DGRAM指定了這個(gè)Socket的類型是UDP扒接。綁定端口和TCP一樣，但是不需要調(diào)用listen()方法袍啡，而是直接接收來自任何客戶端的數(shù)據(jù)：

print('Bind UDP on 9999...')

while True:

    # 接收數(shù)據(jù):

    data, addr = s.recvfrom(1024)

    print('Received from %s:%s.' % addr)

    s.sendto(b'Hello, %s!' % data, addr)

recvfrom()方法返回?cái)?shù)據(jù)和客戶端的地址與端口踩官，這樣，服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后境输，直接調(diào)用sendto()就可以把數(shù)據(jù)用UDP發(fā)給客戶端蔗牡。
注意這里省掉了多線程，因?yàn)檫@個(gè)例子很簡單嗅剖。
客戶端使用UDP時(shí)辩越，首先仍然創(chuàng)建基于UDP的Socket，然后信粮，不需要調(diào)用connect()黔攒，直接通過sendto()給服務(wù)器發(fā)數(shù)據(jù)：

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 發(fā)送數(shù)據(jù):
    s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))
    # 接收數(shù)據(jù):
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()

從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)仍然調(diào)用recv()方法。仍然用兩個(gè)命令行分別啟動服務(wù)器和客戶端測試，結(jié)果如下：

結(jié)果

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 綁定端口:

s.bind(('127.0.0.1', 9999))
print('Bind UDP on 9999...')
while True:
    # 接收數(shù)據(jù):
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print('Received from %s:%s.' % addr)
    reply = 'Hello, %s!' % data.decode('utf-8')
    s.sendto(reply.encode('utf-8'), addr)

client.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 發(fā)送數(shù)據(jù):
    s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))
    # 接收數(shù)據(jù):
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()