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Python網(wǎng)絡(luò)編程之Python編寫TCP協(xié)議程序的步驟

 更新時間:2022年11月10日 10:21:21   作者:廣龍宇  
這篇文章主要介紹了Python網(wǎng)絡(luò)編程編寫TCP協(xié)議程序的開發(fā)步驟,通過實例代碼介紹了TCP客戶端程序開發(fā),案例講解多任務(wù)版TCP服務(wù)端程序開發(fā),需要的朋友可以參考下

TCP客戶端程序開發(fā)

1. 開發(fā) TCP 客戶端程序開發(fā)步驟回顧

  • 創(chuàng)建客戶端套接字對象
  • 和服務(wù)端套接字建立連接
  • 發(fā)送數(shù)據(jù)
  • 接收數(shù)據(jù)
  • 關(guān)閉客戶端套接字

2. socket 類的介紹

導入 socket 模塊 import socket

創(chuàng)建客戶端 socket 對象 socket.socket(AddressFamily, Type)

參數(shù)說明:

  • AddressFamily 表示IP地址類型, 分為TPv4和IPv6
  • Type 表示傳輸協(xié)議類型

方法說明:

  • connect((host, port)) 表示和服務(wù)端套接字建立連接, host是服務(wù)器ip地址,port是應(yīng)用程序的端口號
  • send(data) 表示發(fā)送數(shù)據(jù),data是二進制數(shù)據(jù)
  • recv(buffersize) 表示接收數(shù)據(jù), buffersize是每次接收數(shù)據(jù)的長度

3. TCP 客戶端程序開發(fā)示例代碼

import socket
if __name__ == '__main__':
    # 創(chuàng)建tcp客戶端套接字
    # 1. AF_INET:表示ipv4
    # 2. SOCK_STREAM: tcp傳輸協(xié)議
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 和服務(wù)端應(yīng)用程序建立連接
    tcp_client_socket.connect(("192.168.131.62", 8080))
    # 代碼執(zhí)行到此,說明連接建立成功
    # 準備發(fā)送的數(shù)據(jù)
    send_data = "你好服務(wù)端,我是客戶端小黑!".encode("gbk")
    # 發(fā)送數(shù)據(jù)
    tcp_client_socket.send(send_data)
    # 接收數(shù)據(jù), 這次接收的數(shù)據(jù)最大字節(jié)數(shù)是1024
    recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
    # 返回的直接是服務(wù)端程序發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)
    print(recv_data)
    # 對數(shù)據(jù)進行解碼
    recv_content = recv_data.decode("gbk")
    print("接收服務(wù)端的數(shù)據(jù)為:", recv_content)
    # 關(guān)閉套接字
    tcp_client_socket.close()

執(zhí)行結(jié)果:

b'hello'
接收服務(wù)端的數(shù)據(jù)為: hello

說明

  • str.encode(編碼格式) 表示把字符串編碼成為二進制
  • data.decode(編碼格式) 表示把二進制解碼成為字符串

網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手充當服務(wù)端程序:

TCP服務(wù)端程序開發(fā)

1. 開發(fā) TCP 服務(wù)端程序開發(fā)步驟回顧

  • 創(chuàng)建服務(wù)端端套接字對象
  • 綁定端口號
  • 設(shè)置監(jiān)聽
  • 等待接受客戶端的連接請求
  • 接收數(shù)據(jù)
  • 發(fā)送數(shù)據(jù)
  • 關(guān)閉套接字

2. socket 類的介紹

導入 socket 模塊
import socket

創(chuàng)建服務(wù)端 socket 對象
socket.socket(AddressFamily, Type)

參數(shù)說明:

  • AddressFamily 表示IP地址類型, 分為TPv4和IPv6
  • Type 表示傳輸協(xié)議類型

方法說明:

  • bind((host, port)) 表示綁定端口號, host 是 ip 地址,port 是端口號,ip 地址一般不指定,表示本機的任何一個ip地址都可以。
  • listen (backlog) 表示設(shè)置監(jiān)聽,backlog參數(shù)表示最大等待建立連接的個數(shù)。
  • accept() 表示等待接受客戶端的連接請求
  • send(data) 表示發(fā)送數(shù)據(jù),data 是二進制數(shù)據(jù)
  • recv(buffersize) 表示接收數(shù)據(jù), buffersize 是每次接收數(shù)據(jù)的長度

3. TCP 服務(wù)端程序開發(fā)示例代碼

import socket
if __name__ == '__main__':
    # 創(chuàng)建tcp服務(wù)端套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 設(shè)置端口號復用,讓程序退出端口號立即釋放
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) 
    # 給程序綁定端口號
    tcp_server_socket.bind(("", 8989))
    # 設(shè)置監(jiān)聽
    # 128:最大等待建立連接的個數(shù), 提示: 目前是單任務(wù)的服務(wù)端,同一時刻只能服務(wù)與一個客戶端,后續(xù)使用多任務(wù)能夠讓服務(wù)端同時服務(wù)與多個客戶端,
    # 不需要讓客戶端進行等待建立連接
    # listen后的這個套接字只負責接收客戶端連接請求,不能收發(fā)消息,收發(fā)消息使用返回的這個新套接字來完成
    tcp_server_socket.listen(128)
    # 等待客戶端建立連接的請求, 只有客戶端和服務(wù)端建立連接成功代碼才會解阻塞,代碼才能繼續(xù)往下執(zhí)行
    # 1. 專門和客戶端通信的套接字: service_client_socket
    # 2. 客戶端的ip地址和端口號: ip_port
    service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
    # 代碼執(zhí)行到此說明連接建立成功
    print("客戶端的ip地址和端口號:", ip_port)
    # 接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù), 這次接收數(shù)據(jù)的最大字節(jié)數(shù)是1024
    recv_data = service_client_socket.recv(1024)
    # 獲取數(shù)據(jù)的長度
    recv_data_length = len(recv_data)
    print("接收數(shù)據(jù)的長度為:", recv_data_length)
    # 對二進制數(shù)據(jù)進行解碼
    recv_content = recv_data.decode("gbk")
    print("接收客戶端的數(shù)據(jù)為:", recv_content)
    # 準備發(fā)送的數(shù)據(jù)
    send_data = "ok, 問題正在處理中...".encode("gbk")
    # 發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端
    service_client_socket.send(send_data)
    # 關(guān)閉服務(wù)與客戶端的套接字, 終止和客戶端通信的服務(wù)
    service_client_socket.close()
    # 關(guān)閉服務(wù)端的套接字, 終止和客戶端提供建立連接請求的服務(wù)
    tcp_server_socket.close()

執(zhí)行結(jié)果:

客戶端的ip地址和端口號: ('172.16.47.209', 52472)
接收數(shù)據(jù)的長度為: 5
接收客戶端的數(shù)據(jù)為: hello

說明:

  • 更換服務(wù)端端口號
  • 設(shè)置端口號復用(推薦大家使用),也就是說讓服務(wù)端程序退出后端口號立即釋放。

解決辦法有兩種:

更換服務(wù)端端口號設(shè)置端口號復用(推薦大家使用),也就是說讓服務(wù)端程序退出后端口號立即釋放。

設(shè)置端口號復用的代碼如下:

# 參數(shù)1: 表示當前套接字
# 參數(shù)2: 設(shè)置端口號復用選項
# 參數(shù)3: 設(shè)置端口號復用選項對應(yīng)的值
tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手充當客戶端程序:

TCP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的注意點

  • 當 TCP 客戶端程序想要和 TCP 服務(wù)端程序進行通信的時候必須要先建立連接
  • TCP 客戶端程序一般不需要綁定端口號,因為客戶端是主動發(fā)起建立連接的。
  • TCP 服務(wù)端程序必須綁定端口號,否則客戶端找不到這個 TCP 服務(wù)端程序。
  • listen 后的套接字是被動套接字,只負責接收新的客戶端的連接請求,不能收發(fā)消息。
  • 當 TCP 客戶端程序和 TCP 服務(wù)端程序連接成功后, TCP 服務(wù)器端程序會產(chǎn)生一個新的套接字,收發(fā)客戶端消息使用該套接字。
  • 關(guān)閉 accept 返回的套接字意味著和這個客戶端已經(jīng)通信完畢。
  • 關(guān)閉 listen 后的套接字意味著服務(wù)端的套接字關(guān)閉了,會導致新的客戶端不能連接服務(wù)端,但是之前已經(jīng)接成功的客戶端還能正常通信。
  • 當客戶端的套接字調(diào)用 close 后,服務(wù)器端的 recv 會解阻塞,返回的數(shù)據(jù)長度為0,服務(wù)端可以通過返回數(shù)據(jù)的長度來判斷客戶端是否已經(jīng)下線,反之服務(wù)端關(guān)閉套接字,客戶端的 recv 也會解阻塞,返回的數(shù)據(jù)長度也為0。

案例:多任務(wù)版TCP服務(wù)端程序開發(fā)

1. 需求

目前我們開發(fā)的TCP服務(wù)端程序只能服務(wù)于一個客戶端,如何開發(fā)一個多任務(wù)版的TCP服務(wù)端程序能夠服務(wù)于多個客戶端呢?

完成多任務(wù),可以使用線程,比進程更加節(jié)省內(nèi)存資源。

2. 具體實現(xiàn)步驟

  • 編寫一個TCP服務(wù)端程序,循環(huán)等待接受客戶端的連接請求
  • 當客戶端和服務(wù)端建立連接成功,創(chuàng)建子線程,使用子線程專門處理客戶端的請求,防止主線程阻塞
  • 把創(chuàng)建的子線程設(shè)置成為守護主線程,防止主線程無法退出。

3. 多任務(wù)版TCP服務(wù)端程序的示例代碼:

import socket
import threading
 
 
# 處理客戶端的請求操作
def handle_client_request(service_client_socket, ip_port):
    # 循環(huán)接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)
    while True:
        # 接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)
        recv_data = service_client_socket.recv(1024)
        # 容器類型判斷是否有數(shù)據(jù)可以直接使用if語句進行判斷,如果容器類型里面有數(shù)據(jù)表示條件成立,否則條件失敗
        # 容器類型: 列表、字典、元組、字符串、set、range、二進制數(shù)據(jù)
        if recv_data:
            print(recv_data.decode("gbk"), ip_port)
            # 回復
            service_client_socket.send("ok,問題正在處理中...".encode("gbk"))
 
        else:
            print("客戶端下線了:", ip_port)
            break
    # 終止和客戶端進行通信
    service_client_socket.close()
 
 
if __name__ == '__main__':
    # 創(chuàng)建tcp服務(wù)端套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 設(shè)置端口號復用,讓程序退出端口號立即釋放
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # 綁定端口號
    tcp_server_socket.bind(("", 9090))
    # 設(shè)置監(jiān)聽, listen后的套接字是被動套接字,只負責接收客戶端的連接請求
    tcp_server_socket.listen(128)
    # 循環(huán)等待接收客戶端的連接請求
    while True:
        # 等待接收客戶端的連接請求
        service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
        print("客戶端連接成功:", ip_port)
        # 當客戶端和服務(wù)端建立連接成功以后,需要創(chuàng)建一個子線程,不同子線程負責接收不同客戶端的消息
        sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(service_client_socket, ip_port))
        # 設(shè)置守護主線程
        sub_thread.setDaemon(True)
        # 啟動子線程
        sub_thread.start()
 
 
    # tcp服務(wù)端套接字可以不需要關(guān)閉,因為服務(wù)端程序需要一直運行
    # tcp_server_socket.close()

執(zhí)行結(jié)果:

客戶端連接成功: ('172.16.47.209', 51528)
客戶端連接成功: ('172.16.47.209', 51714)
hello1 ('172.16.47.209', 51528)
hello2 ('172.16.47.209', 51714)

socket的send和recv原理剖析

1. 認識TCP socket的發(fā)送和接收緩沖區(qū)

當創(chuàng)建一個TCP socket對象的時候會有一個發(fā)送緩沖區(qū)和一個接收緩沖區(qū),這個發(fā)送和接收緩沖區(qū)指的就是內(nèi)存中的一片空間。

2. send原理剖析

send是不是直接把數(shù)據(jù)發(fā)給服務(wù)端?

不是,要想發(fā)數(shù)據(jù),必須得通過網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù),應(yīng)用程序是無法直接通過網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)的,它需要調(diào)用操作系統(tǒng)接口,也就是說,應(yīng)用程序把發(fā)送的數(shù)據(jù)先寫入到發(fā)送緩沖區(qū)(內(nèi)存中的一片空間),再由操作系統(tǒng)控制網(wǎng)卡把發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)端網(wǎng)卡 

3. recv原理剖析

recv是不是直接從客戶端接收數(shù)據(jù)?

不是,應(yīng)用軟件是無法直接通過網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)的,它需要調(diào)用操作系統(tǒng)接口,由操作系統(tǒng)通過網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù),把接收的數(shù)據(jù)寫入到接收緩沖區(qū)(內(nèi)存中的一片空間),應(yīng)用程序再從接收緩存區(qū)獲取客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)。

4. send和recv原理剖析圖

說明:

  • 發(fā)送數(shù)據(jù)是發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)
  • 接收數(shù)據(jù)是從接收緩沖區(qū) 獲取

到此這篇關(guān)于Python網(wǎng)絡(luò)編程(二)編寫TCP協(xié)議程序的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python TCP協(xié)議程序內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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