Python网络编程之Python编写TCP协议程序的步骤

2022-11-10 10:18:08 作者：广龙宇

这篇文章主要介绍了Python网络编程编写TCP协议程序的开发步骤,通过实例代码介绍了TCP客户端程序开发，案例讲解多任务版TCP服务端程序开发，需要的朋友可以参考下

TCP客户端程序开发

1. 开发 TCP 客户端程序开发步骤回顾

创建客户端套接字对象
和服务端套接字建立连接
发送数据
接收数据
关闭客户端套接字

2. socket 类的介绍

导入 socket 模块 import socket

创建客户端 socket 对象 socket.socket(AddressFamily, Type)

参数说明:

AddressFamily 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6
Type 表示传输协议类型

方法说明:

connect((host, port)) 表示和服务端套接字建立连接, host是服务器ip地址，port是应用程序的端口号
send(data) 表示发送数据，data是二进制数据
recv(buffersize) 表示接收数据, buffersize是每次接收数据的长度

3. TCP 客户端程序开发示例代码

import socket
if __name__ == '__main__':
    # 创建tcp客户端套接字
    # 1. AF_INET：表示ipv4
    # 2. SOCK_STREAM: tcp传输协议
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 和服务端应用程序建立连接
    tcp_client_socket.connect(("192.168.131.62", 8080))
    # 代码执行到此，说明连接建立成功
    # 准备发送的数据
    send_data = "你好服务端，我是客户端小黑!".encode("gbk")
    # 发送数据
    tcp_client_socket.send(send_data)
    # 接收数据, 这次接收的数据最大字节数是1024
    recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
    # 返回的直接是服务端程序发送的二进制数据
    print(recv_data)
    # 对数据进行解码
    recv_content = recv_data.decode("gbk")
    print("接收服务端的数据为:", recv_content)
    # 关闭套接字
    tcp_client_socket.close()

执行结果:

b'hello'
接收服务端的数据为: hello

str.encode(编码格式) 表示把字符串编码成为二进制
data.decode(编码格式) 表示把二进制解码成为字符串

网络调试助手充当服务端程序:

TCP服务端程序开发

1. 开发 TCP 服务端程序开发步骤回顾

创建服务端端套接字对象
绑定端口号
设置监听
等待接受客户端的连接请求
接收数据
发送数据
关闭套接字

2. socket 类的介绍

导入 socket 模块
import socket

创建服务端 socket 对象
socket.socket(AddressFamily, Type)

参数说明:

AddressFamily 表示IP地址类型, 分为TPv4和IPv6
Type 表示传输协议类型

方法说明:

bind((host, port)) 表示绑定端口号, host 是 ip 地址，port 是端口号，ip 地址一般不指定，表示本机的任何一个ip地址都可以。
listen (backlog) 表示设置监听，backlog参数表示最大等待建立连接的个数。
accept() 表示等待接受客户端的连接请求
send(data) 表示发送数据，data 是二进制数据
recv(buffersize) 表示接收数据, buffersize 是每次接收数据的长度

3. TCP 服务端程序开发示例代码

import socket
if __name__ == '__main__':
    # 创建tcp服务端套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) 
    # 给程序绑定端口号
    tcp_server_socket.bind(("", 8989))
    # 设置监听
    # 128:最大等待建立连接的个数， 提示： 目前是单任务的服务端，同一时刻只能服务与一个客户端，后续使用多任务能够让服务端同时服务与多个客户端，
    # 不需要让客户端进行等待建立连接
    # listen后的这个套接字只负责接收客户端连接请求，不能收发消息，收发消息使用返回的这个新套接字来完成
    tcp_server_socket.listen(128)
    # 等待客户端建立连接的请求, 只有客户端和服务端建立连接成功代码才会解阻塞，代码才能继续往下执行
    # 1. 专门和客户端通信的套接字： service_client_socket
    # 2. 客户端的ip地址和端口号： ip_port
    service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
    # 代码执行到此说明连接建立成功
    print("客户端的ip地址和端口号:", ip_port)
    # 接收客户端发送的数据, 这次接收数据的最大字节数是1024
    recv_data = service_client_socket.recv(1024)
    # 获取数据的长度
    recv_data_length = len(recv_data)
    print("接收数据的长度为:", recv_data_length)
    # 对二进制数据进行解码
    recv_content = recv_data.decode("gbk")
    print("接收客户端的数据为:", recv_content)
    # 准备发送的数据
    send_data = "ok, 问题正在处理中...".encode("gbk")
    # 发送数据给客户端
    service_client_socket.send(send_data)
    # 关闭服务与客户端的套接字， 终止和客户端通信的服务
    service_client_socket.close()
    # 关闭服务端的套接字, 终止和客户端提供建立连接请求的服务
    tcp_server_socket.close()

执行结果:

客户端的ip地址和端口号: ('172.16.47.209', 52472)
接收数据的长度为: 5
接收客户端的数据为: hello

更换服务端端口号
设置端口号复用(推荐大家使用)，也就是说让服务端程序退出后端口号立即释放。

解决办法有两种:

更换服务端端口号设置端口号复用(推荐大家使用)，也就是说让服务端程序退出后端口号立即释放。

设置端口号复用的代码如下:

# 参数1: 表示当前套接字
# 参数2: 设置端口号复用选项
# 参数3: 设置端口号复用选项对应的值
tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

网络调试助手充当客户端程序:

TCP网络应用程序的注意点

当 TCP 客户端程序想要和 TCP 服务端程序进行通信的时候必须要先建立连接
TCP 客户端程序一般不需要绑定端口号，因为客户端是主动发起建立连接的。
TCP 服务端程序必须绑定端口号，否则客户端找不到这个 TCP 服务端程序。
listen 后的套接字是被动套接字，只负责接收新的客户端的连接请求，不能收发消息。
当 TCP 客户端程序和 TCP 服务端程序连接成功后， TCP 服务器端程序会产生一个新的套接字，收发客户端消息使用该套接字。
关闭 accept 返回的套接字意味着和这个客户端已经通信完毕。
关闭 listen 后的套接字意味着服务端的套接字关闭了，会导致新的客户端不能连接服务端，但是之前已经接成功的客户端还能正常通信。
当客户端的套接字调用 close 后，服务器端的 recv 会解阻塞，返回的数据长度为0，服务端可以通过返回数据的长度来判断客户端是否已经下线，反之服务端关闭套接字，客户端的 recv 也会解阻塞，返回的数据长度也为0。

案例:多任务版TCP服务端程序开发

1. 需求

目前我们开发的TCP服务端程序只能服务于一个客户端，如何开发一个多任务版的TCP服务端程序能够服务于多个客户端呢?

完成多任务，可以使用线程，比进程更加节省内存资源。

2. 具体实现步骤

编写一个TCP服务端程序，循环等待接受客户端的连接请求
当客户端和服务端建立连接成功，创建子线程，使用子线程专门处理客户端的请求，防止主线程阻塞
把创建的子线程设置成为守护主线程，防止主线程无法退出。

3. 多任务版TCP服务端程序的示例代码:

import socket import threading # 处理客户端的请求操作 def handle_client_request(service_client_socket, ip_port): # 循环接收客户端发送的数据 while True: # 接收客户端发送的数据 recv_data = service_client_socket.recv(1024) # 容器类型判断是否有数据可以直接使用if语句进行判断，如果容器类型里面有数据表示条件成立，否则条件失败 # 容器类型: 列表、字典、元组、字符串、set、range、二进制数据 if recv_data: print(recv_data.decode("gbk"), ip_port) service_client_socket.send("ok，问题正在处理中...".encode("gbk")) else: print("客户端下线了:", ip_port) break # 终止和客户端进行通信 service_client_socket.close() if __name__ == '__main__': # 创建tcp服务端套接字 tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放 tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True) # 绑定端口号 tcp_server_socket.bind(("", 9090)) # 设置监听, listen后的套接字是被动套接字，只负责接收客户端的连接请求 tcp_server_socket.listen(128) # 循环等待接收客户端的连接请求 while True: # 等待接收客户端的连接请求 service_client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept() print("客户端连接成功:", ip_port) # 当客户端和服务端建立连接成功以后，需要创建一个子线程，不同子线程负责接收不同客户端的消息 sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(service_client_socket, ip_port)) # 设置守护主线程 sub_thread.setDaemon(True) # 启动子线程 sub_thread.start() # tcp服务端套接字可以不需要关闭，因为服务端程序需要一直运行 # tcp_server_socket.close()

执行结果: