Python教程(三十):网络编程基础

  • 时间:2025-10-30 22:27 作者: 来源: 阅读:2
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摘要:今日目标• 理解网络编程的基本概念和协议• 掌握Socket编程的基础知识• 学会创建HTTP客户端和服务器• 了解网络编程的安全思考网络编程概述网络编程是计算机之间进行通信的基础,Python提供了丰富的网络编程库:• socket:底层网络通信• http.client:HTTP客户端• urllib:URL处理• requests:高级HTTP库• a

今日目标

• 理解网络编程的基本概念和协议

• 掌握Socket编程的基础知识

• 学会创建HTTP客户端和服务器

• 了解网络编程的安全思考

网络编程概述

网络编程是计算机之间进行通信的基础,Python提供了丰富的网络编程库:

socket:底层网络通信

http.client:HTTP客户端

urllib:URL处理

requests:高级HTTP库

asyncio:异步网络编程

网络协议层次

应用层    HTTP, FTP, SMTP
传输层    TCP, UDP
网络层    IP
链路层    以太网, WiFi
物理层    电缆, 光纤

Socket编程基础

1. 创建Socket

import socket# 创建TCP Sockettcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 创建UDP Socketudp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# Socket类型说明# AF_INET: IPv4地址族# AF_INET6: IPv6地址族# SOCK_STREAM: TCP协议# SOCK_DGRAM: UDP协议

2. TCP客户端示例

import socketimport timedef tcp_client():    """TCP客户端示例"""    # 创建Socket
    client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)    
    try:        # 连接服务器
        server_address = ('localhost', 8888)
        print(f"连接到服务器: {server_address}")
        client.connect(server_address)        
        # 发送数据
        message = "Hello, Server!"
        client.send(message.encode('utf-8'))
        print(f"发送: {message}")        
        # 接收响应
        data = client.recv(1024)
        response = data.decode('utf-8')
        print(f"收到: {response}")        
    except ConnectionRefusedError:
        print("连接被拒绝,请确保服务器正在运行")    except Exception as e:
        print(f"连接错误: {e}")    finally:
        client.close()
        print("连接已关闭")# 运行客户端if __name__ == "__main__":
    tcp_client()

3. TCP服务器示例

import socketimport threadingimport timeclass TCPServer:    def __init__(self, host='localhost', port=8888):
        self.host = host
        self.port = port
        self.server_socket = None
        self.clients = []    
    def start(self):        """启动服务器"""        try:            # 创建服务器Socket
            self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)            
            # 设置端口重用
            self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)            
            # 绑定地址
            self.server_socket.bind((self.host, self.port))            
            # 开始监听
            self.server_socket.listen(5)
            print(f"服务器启动成功,监听地址: {self.host}:{self.port}")            
            # 接受客户端连接            while True:
                client_socket, client_address = self.server_socket.accept()
                print(f"新客户端连接: {client_address}")                
                # 为每个客户端创建新线程
                client_thread = threading.Thread(
                    target=self.handle_client,
                    args=(client_socket, client_address)
                )
                client_thread.start()
                self.clients.append(client_socket)                
        except Exception as e:
            print(f"服务器错误: {e}")        finally:
            self.stop()    
    def handle_client(self, client_socket, client_address):        """处理客户端连接"""        try:            while True:                # 接收数据
                data = client_socket.recv(1024)                if not data:                    break                
                # 解码数据
                message = data.decode('utf-8')
                print(f"来自 {client_address}: {message}")                
                # 发送响应
                response = f"服务器收到: {message}"
                client_socket.send(response.encode('utf-8'))                
        except Exception as e:
            print(f"处理客户端 {client_address} 时出错: {e}")        finally:
            client_socket.close()            if client_socket in self.clients:
                self.clients.remove(client_socket)
            print(f"客户端 {client_address} 断开连接")    
    def stop(self):        """停止服务器"""        if self.server_socket:
            self.server_socket.close()        for client in self.clients:
            client.close()
        print("服务器已停止")# 启动服务器if __name__ == "__main__":
    server = TCPServer()    try:
        server.start()    except KeyboardInterrupt:
        print("
正在关闭服务器...")
        server.stop()

HTTP编程

1. 使用urllib

import urllib.requestimport urllib.parseimport urllib.errorimport jsondef http_get_example():    """HTTP GET请求示例"""    try:        # 发送GET请求
        url = "https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1"        with urllib.request.urlopen(url) as response:
            data = response.read()
            result = json.loads(data.decode('utf-8'))
            print("GET请求结果:")
            print(f"标题: {result['title']}")
            print(f"内容: {result['body']}")            
    except urllib.error.URLError as e:
        print(f"URL错误: {e}")    except Exception as e:
        print(f"请求错误: {e}")def http_post_example():    """HTTP POST请求示例"""    try:        # 准备数据
        post_data = {            "title": "Python网络编程",            "body": "学习Python网络编程很有趣",            "userId": 1
        }        
        # 编码数据
        data = json.dumps(post_data).encode('utf-8')        
        # 创建请求
        url = "https://jsonplaceholder.typicode.com/posts"
        req = urllib.request.Request(
            url,
            data=data,
            headers={'Content-Type': 'application/json'}
        )        
        # 发送请求        with urllib.request.urlopen(req) as response:
            result = json.loads(response.read().decode('utf-8'))
            print("POST请求结果:")
            print(f"新帖子ID: {result['id']}")
            print(f"标题: {result['title']}")            
    except urllib.error.URLError as e:
        print(f"URL错误: {e}")    except Exception as e:
        print(f"请求错误: {e}")# 运行示例http_get_example()
print("-" * 50)
http_post_example()

2. 使用requests库

import requestsimport jsonclass HTTPClient:    def __init__(self, base_url="https://jsonplaceholder.typicode.com"):
        self.base_url = base_url
        self.session = requests.Session()
        self.session.headers.update({            'User-Agent': 'Python-HTTPClient/1.0',            'Content-Type': 'application/json'
        })    
    def get(self, endpoint, params=None):        """发送GET请求"""        try:
            url = f"{self.base_url}{endpoint}"
            response = self.session.get(url, params=params, timeout=10)
            response.raise_for_status()            return response.json()        except requests.RequestException as e:
            print(f"GET请求错误: {e}")            return None    
    def post(self, endpoint, data=None):        """发送POST请求"""        try:
            url = f"{self.base_url}{endpoint}"
            response = self.session.post(url, json=data, timeout=10)
            response.raise_for_status()            return response.json()        except requests.RequestException as e:
            print(f"POST请求错误: {e}")            return None    
    def put(self, endpoint, data=None):        """发送PUT请求"""        try:
            url = f"{self.base_url}{endpoint}"
            response = self.session.put(url, json=data, timeout=10)
            response.raise_for_status()            return response.json()        except requests.RequestException as e:
            print(f"PUT请求错误: {e}")            return None    
    def delete(self, endpoint):        """发送DELETE请求"""        try:
            url = f"{self.base_url}{endpoint}"
            response = self.session.delete(url, timeout=10)
            response.raise_for_status()            return response.status_code == 204        except requests.RequestException as e:
            print(f"DELETE请求错误: {e}")            return False# 使用示例client = HTTPClient()# 获取所有帖子posts = client.get("/posts")if posts:
    print(f"获取到 {len(posts)} 个帖子")    for post in posts[:3]:
        print(f"- {post['title']}")# 创建新帖子new_post = {    "title": "Python网络编程教程",    "body": "这是一个关于Python网络编程的详细教程",    "userId": 1}

created_post = client.post("/posts", new_post)if created_post:
    print(f"新帖子创建成功,ID: {created_post['id']}")# 更新帖子update_data = {"title": "更新的标题"}
updated_post = client.put(f"/posts/{created_post['id']}", update_data)if updated_post:
    print(f"帖子更新成功: {updated_post['title']}")# 删除帖子if client.delete(f"/posts/{created_post['id']}"):
    print("帖子删除成功")

网络编程安全

1. 输入验证

import reimport socketdef validate_ip_address(ip):    """验证IP地址格式"""
    pattern = r'^(d{1,3}.){3}d{1,3}$'    if not re.match(pattern, ip):        return False
    
    parts = ip.split('.')    for part in parts:        if not 0 <= int(part) <= 255:            return False    return Truedef validate_port(port):    """验证端口号"""    try:
        port_num = int(port)        return 1 <= port_num <= 65535    except ValueError:        return Falsedef safe_socket_connect(host, port):    """安全的Socket连接"""    if not validate_ip_address(host):        raise ValueError(f"无效的IP地址: {host}")    
    if not validate_port(port):        raise ValueError(f"无效的端口号: {port}")    
    try:
        sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        sock.settimeout(10)  # 设置超时
        sock.connect((host, port))        return sock    except socket.timeout:        raise ConnectionError("连接超时")    except socket.error as e:        raise ConnectionError(f"连接失败: {e}")

2. 数据加密

import sslimport socketdef create_ssl_client(host, port):    """创建SSL客户端"""    try:        # 创建SSL上下文
        context = ssl.create_default_context()        
        # 创建Socket
        sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)        
        # 包装为SSL Socket
        ssl_sock = context.wrap_socket(sock, server_hostname=host)        
        # 连接
        ssl_sock.connect((host, port))        return ssl_sock        
    except ssl.SSLError as e:
        print(f"SSL错误: {e}")        return None    except Exception as e:
        print(f"连接错误: {e}")        return Nonedef create_ssl_server(host, port, cert_file, key_file):    """创建SSL服务器"""    try:        # 创建SSL上下文
        context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLS_SERVER)
        context.load_cert_chain(cert_file, key_file)        
        # 创建Socket
        sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        sock.bind((host, port))
        sock.listen(5)        
        # 包装为SSL Socket
        ssl_sock = context.wrap_socket(sock, server_side=True)        return ssl_sock        
    except Exception as e:
        print(f"SSL服务器创建失败: {e}")        return None

今日总结

今天我们学习了网络编程的基础知识:

1. Socket编程:TCP和UDP通信的基础

2. HTTP编程:使用urllib和requests进行HTTP请求

3. 网络安全:输入验证、SSL加密等安全思考

4. 实用示例:客户端和服务器开发

网络编程是Python应用开发的重大组成部分,掌握这些知识对于开发Web应用、网络工具、分布式系统等都至关重大。

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