【计算机网络】python——socket编程（TCP/UDP）

前言

以前做了实验都是直接分享实验报告。反思了一下，实验报告又臭又长，最多只有同做这个实验的朋友会耐着性子看一看。为了提供更有效的知识分享，能为更多的朋友提供一些参考，以后的文章我都会尽量主题鲜明，简洁易读哒。

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一.Socket

Socket（套接字）是一种抽象层，应用程序通过它来发送和接收数据，就像应用程序打开一个文件句柄，将数据读写到稳定的存储器上一样。一个socket允许应用程序添加到网络中，并与处于同一个网络中的其他应用程序进行通信。一台计算机上的应用程序向socket写入的信息能够被另一台计算机上的另一个应用程序读取，反之亦然。
不同类型的socket与不同类型的底层协议族以及同一协议族中的不同协议栈相关联。现在TCP/IP协议族中的主要socket类型为流套接字（sockets sockets）和数据报套接字（datagram sockets）。流套接字将TCP作为其端对端协议（底层使用IP协议），提供了一个可信赖的字节流服务。一个TCP/IP流套接字代表了TCP连接的一端。数据报套接字使用UDP协议（底层同样使用IP协议），提供了一个"尽力而为"（best-effort）的数据报服务，应用程序可以通过它发送最长65500字节的个人信息。一个TCP/IP套接字由一个互联网地址，一个端对端协议（TCP或UDP协议）以及一个端口号唯一确定。

二.采用TCP进行数据发送的简单程序（python）

服务器首先运行，等待连接建立

1.服务器进程必须先处于运行状态

• 创建欢迎socket
• 和本地端口绑定
• 在欢迎socket上阻塞式等待接收用户的链接

客户端主动和服务器建立连接

2.创建客户端本地套接字（隐式捆绑到本地port）

• 指定服务器进程的IP地址和端口号，与服务器进程连接

3.连接API调用有效时，客户端P与服务器建立了TCP连接

4.当与客户端连接请求到来时

• 服务器接受来自用户端的请求，接触阻塞式等待，返回一个新的socket（与欢迎socket不一样），与客户端通信

C-S之间的动作次序

1. 服务器运行，并打印准备好接收
2. 客户端从标准输入装置读取一行字符，发送给服务器
3. 服务器从socket读取字符然后打印出来
4. 客户端输入1 结束连接

Server:

import socket

# 指定IP为本机IP 端口号任意指定为6666
ip_port = ('127.0.0.1', 6666)
# 最多可以连接back_log个客户端
back_log = 1
# 创建一个TCP套接字
serverSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 对socket的配置重用ip和端口号
serverSocket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定端口号
serverSocket.bind(ip_port)  # 绑定哪个ip就要运行在哪台机器上
# 设置半连接池
serverSocket.listen(back_log)  # 让服务器聆听来自客户的TCP请求

print('The server is ready to receive')
while 1:
    # 阻塞等待，创建连接
    connectionSocket, addr = serverSocket.accept()  # 当客户敲门，创建了一个新的套接字，为这个客户服务
    while 1:
        try:
            msg = connectionSocket.recv(1024).decode('utf-8')  # # 每次最多接收1k字节，并将报文转码
            if msg == '1':
                connectionSocket.close
            print("服务器收到消息：", msg)
        except Exception as e:  # 异常检查
            break        
serverSocket.close()

IP使用回环地址127.0.0.1。 127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示本机地址，如果绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能连接，也就是说，外部的计算机无法连接进来。

端口号小于1024的是Internet标准服务的端口，端口号大于1024的，可以任意使用。 只要确保客户端和服务器使用的是同一组端口即可

创建Socket时，AF_INET指定使用IPv4协议，如果要用更先进的IPv6，就指定为AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议

listen(n)传入的值, n表示的是服务器拒绝(超过限制数量的)连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数量。n也可以看作是"排队的数量"

Client:

import socket
# 创建客户端套接字
clientSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 发起和服务器的TCP连接
clientSocket.connect(('127.0.0.1', 6666))
while 1:
    msg = input('please input')
    # 防止空消息
    if not msg:
        continue
    clientSocket.sendall(msg.encode('utf-8'))
    if msg == '1':
        break
clientSocket.close()

客户端和服务器端差别不大，就不赘述解释了

测试

三.采用UDP进行数据发送的简单程序（python）

在客户端和服务器之间没有连接

• 没有握手
• 发送端在每一个报文中明确地指定目标的IP地址和端口后
• 服务器必须从收到的分组中提取出发送端的IP和端口号

C-S之间的动作次序

1. 服务器运行，并打印准备好接收
2. 客户端从标准输入装置读取一行字符，发送给服务器
3. 服务器将小写字母转成大写字符再发给客户端
4. 客户端打印转换后的结果

Server:

from socket import *
#创建套接字
udp_ser = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
#绑定端口
udp_ser.bind(('127.0.0.1', 666))
print("The UDP-server is ready to receive")
while 1:
    msg, adrr = udp_ser.recvfrom(1024)
    modmsg = msg.decode().upper()
    udp_ser.sendto(modmsg.encode(), adrr)

Client:

from socket import *
#创建套接字
udp_cli = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
while 1:
    msg = input('input:')
    udp_cli.sendto(msg.encode('utf-8'), ('127.0.0.1', 666))
    data, addr = udp_cli.recvfrom(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

测试

四.参考资料

1.HUN《计算机网络》实验方案
2.b站中科大郑老师的网课PPT
3.《计算机网络-自顶向下方法》
4.CSDN的优秀博主（抱歉前几天看的，忘存ID了 o(╥﹏╥)o）

五.总结

纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行
快敲代码试试叭