Python 高级编程之 Socket 编程 -TCP 客户端和服务端

一、TCP 介绍

1. 概念

TCP 协议,即传输控制协议,是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
TCP 通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。
TCP 通信模型中,在通信开始之前,一定要先建立相关连接,才能发送数据。

2.TCP 特点:

面向连接:
通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输。
可靠传输:
TCP 采用发送应答机制
超时重传:
启动定时器,在规定时间内未收到,则重新发送,直到收到。
错误校验
流量控制和阻塞管理

3.TCP 和 UDP 的比较

TCP 面向连接;UDP 是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接.
TCP 提供可靠的服务。也就是说,通过 TCP 连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP 尽最大努力交付,即不保证可靠交付.
UDP 具有较好的实时性,工作效率比 TCP 高,适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。
每一条 TCP 连接只能是点到点的;UDP 支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信。
TCP 对系统资源要求较多,UDP 对系统资源要求较少。
TCP 严格区分客户端和服务端,UDP 不一定区分。
UDP 通信和 TCP 通信的过程如下:
UDP 通信:

TCP 通信:

形象地说:
UCP 类比于写信,别人不一定能收到;
TCP 类比于打电话,可以获知对方是否收到。

二、TCP 客户端构建

客户端:是需要被服务的一方;
服务器端:就是提供服务的一方。
TCP 客户端构建流程

创建 socket
连接服务器
收发数据 (最大接收 2014 个字节)
关闭套接字
NetAssist 进行配置如下

此时,NetAssist 作为服务端,Python 运行作为客户端。

import socket


def main():
    #创建TCP套接字
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #连接服务器
    server_ip = input('Server IP:')
    server_port = int(input('Server Port:'))
    tcp_client.connect((server_ip,server_port))
    #接收数据
    recv_data = tcp_client.recv(1024)
    print(recv_data)
    #关闭套接字
    tcp_client.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

数据进行解码:

import socket


def main():
    #创建TCP套接字
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #连接服务器
    server_ip = input('Server IP:')
    server_port = int(input('Server Port:'))
    tcp_client.connect((server_ip,server_port))
    #接收数据
    recv_data = tcp_client.recv(1024).decode('gbk')
    print(recv_data)
    #关闭套接字
    tcp_client.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

增加发送数据:

import socket


def main():
    #创建TCP套接字
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #连接服务器
    server_ip = input('Server IP:')
    server_port = int(input('Server Port:'))
    tcp_client.connect((server_ip,server_port))
    #发送数据
    send_data = input('Data to send:')
    tcp_client.send(send_data.encode('gbk'))
    #接收数据
    recv_data = tcp_client.recv(1024).decode('gbk')
    print(recv_data)
    #关闭套接字
    tcp_client.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

三、TCP 服务端构建流程

TCP 服务端构建过程:

socket 创建套接字
bind 绑定 IP 和 port
listen 使套接字变为可以被动连接
accept 等待客户端的连接
recv/send 接收发送数据
关闭套接字
NetAssist 进行配置如下

此时,NetAssist 作为客户端,Python 运行作为服务器端;
在代码未运行时,NetAssist 点击连接按钮连接不了,因为此时服务器端还未开启,应该先运行服务器端、再连接。

import socket


def main():
    #创建TCP监听套接字
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #绑定信息
    tcp_server.bind(('',7890))
    #默认套接字主动变被动
    tcp_server.listen(128)
    #等待,创建服务套接字
    new_client_socket,client_addr = tcp_server.accept()
    print(client_addr)


if __name__ == '__main__':
    main()

TCP 监听套接字负责等待新的客户端连接;
产生的服务套接字负责收发数据。
进一步完善代码:

import socket


def main():
    #创建TCP监听套接字
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    #绑定信息
    tcp_server.bind(('',7890))
    #默认套接字主动变被动
    tcp_server.listen(128)
    #等待,创建服务套接字
    new_client_socket,client_addr = tcp_server.accept()
    print(client_addr)
    #接收数据
    recv_data = new_client_socket.recv(1024)
    print(recv_data.decode('gbk'))
    #发送数据
    send_data = input('Data to send:').encode('gbk')
    new_client_socket.send(send_data)
    new_client_socket.close()
    tcp_server.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

四、TCP 服务端为多个客户端服务

1. 代码分析

服务器端代码 tcp_server.accept() 部分会阻塞,阻塞直到有客户端连接;
new_client_socket.recv() 部分会阻塞,直到客户端有数据发送或者客户端断开连接解堵塞。

2. 多客户端实现

import socket


def main():
    # 创建TCP监听套接字
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定信息
    tcp_server.bind(('', 7890))
    #为多个客户端服务
    while True:
        # 默认套接字主动变被动
        tcp_server.listen(128)
        # 等待,创建服务套接字
        new_client_socket, client_addr = tcp_server.accept()
        print(client_addr)
        # 接收数据
        recv_data = new_client_socket.recv(1024)
        print(recv_data.decode('gbk'))
        # 发送数据
        send_str = 'Hello, ' +client_addr[0]
        send_data = send_str.encode('gbk')
        new_client_socket.send(send_data)
        new_client_socket.close()
    tcp_server.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

显然,此时可以连接多个客户端,但是每个客户端只能发送一次数据,再发送会产生异常,自动断开连接,要想多次服务,还需要进一步改进:

import socket


def main():
    # 创建TCP监听套接字
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定信息
    tcp_server.bind(('', 7890))
    #为多个客户端服务
    while True:
        # 默认套接字主动变被动
        tcp_server.listen(128)
        # 等待,创建服务套接字
        new_client_socket, client_addr = tcp_server.accept()
        print(client_addr)
        #为客户端提供多次服务
        while True:
            # 接收数据
            recv_data = new_client_socket.recv(1024)
            # 发送数据
            if recv_data.decode('gbk'):
                print(recv_data.decode('gbk'))
                send_str = 'Hello, ' +client_addr[0]
                send_data = send_str.encode('gbk')
                new_client_socket.send(send_data)
            #无数据,退出循环,关闭连接
            else:
                break
        new_client_socket.close()
    tcp_server.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

易知,可以实现为多个客户端提供服务,但是一次只能为一个客户端提供服务,不能同时为多个客户端服务。

  
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