python3的网络编程与socket编程示例_python代码实现tcp客户端与服务器通信演示

1 网络编程基础

当今网络基本上都是使用TCP/IP协议进行通讯的。任何应用，比如浏览网页，微信，支付宝，抖音等都是通过TCP/IP协议进行通讯的。

TCP/IP协议就是一种数据传输方案。

在基于Python 3的网络编程中，需要掌握一些基本概念和模块。以下是一些重要的内容：

1.1 Socket 编程

Python 3提供了多种库来帮助进行网络编程。最基本的库是socket，它提供了标准的BSD套接字接口，并且可以用来创建客户端和服务器。通过使用socket库，可以进行底层网络通信。涉及的核心概念包括：

套接字类型（TCP / IP 套接字、UDP 套接字等）
套接字函数（如socket(), connect(), bind(), listen(), accept(), send(), recv()等）
客户端和服务器建立连接的过程
网络地址和端口号
非阻塞套接字和超时设置
套接字选项
使用with上下文管理器自动关闭套接字

通过socket编程接口进行信息传输可以按照如下图：

我们通过requests库发送HTTP请求消息，其实resquests库底层也是使用socket编程接口。

1.2 TCP 和 UDP 的使用

了解TCP（面向连接的协议）和UDP（无连接的协议）之间的差异至关重要，并学习什么时候使用它们。

TCP常用于要求高可靠性的应用，如网页浏览、文件传输、电子邮件等。
UDP常用于要求高性能和实时通信的应用，如视频流、在线游戏等。

1.3 高级网络模块

除了底层的sockets之外，Python还提供了更高级别的网络相关的模块：

http.client：用于创建HTTP客户端。
http.server：包含一个简单的HTTP服务器类。
urllib.request：用于打开和读取URLs，常用于HTTP请求。
ftplib：用于FTP传输。
smtplib：用于发送电子邮件。
ssl：用于在套接字上提供TLS/SSL安全性。

1.4 并发编程

当您创建网络服务器时，您通常需要同时处理多个客户端。这涉及到并发编程的概念，可以使用多线程、多进程或异步IO（例如asyncio模块）来实现。

线程（threading模块）：可以为每个客户端创建一个新线程。
进程（multiprocessing模块）：可以为每个客户端创建一个新进程。
异步IO（asyncio模块）：使用单线程通过协程处理多个客户端连接和任务。

2 TCP协议的通讯及其代码展示

tcp进行通讯的双方，分为服务端和客户端。
tcp协议进行通讯的双方，最需要先建立一个虚拟连接，然后双方程序才能发送业务数据信息。

下面我们通过一个客户端程序和服务器端程序来展示这个通讯过程

2.1 客户端程序

from socket import *

IP="127.0.0.1"
SERVER_PORT=50000
BUFLEN=1024

#实例化一个socket对象，指明协议
dataSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
# 连接服务器端socket
dataSocket.connect((IP,SERVER_PORT))
while True:
    # 从终端读取用户输入的字符串
    toSend=input(">>> ")
    if toSend=="exit":
        break
    #发送消息，也要编码为bytes
    dataSocket.send(toSend.encode())
    # 等待接收服务端的消息
    recved=dataSocket.recv(BUFLEN)
    # 加入返回孔bytes,表示对方关闭了连接
    if not recved:
        break
    # 打印读取的信息
    print(recved.decode())

dataSocket.close()

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2.2 服务器端代码

from socket import *

# 主机地址为0.0.0.0，表示绑定本机所有的网络接口IP地址。
# 等待客户端进行连接
IP="0.0.0.0"

# 端口号
PORT =50000
# 定义一次从socket缓冲区最多读取512个字节数据
BUFLEN=512
# AF_INET表示该socket网络层使用的IP协议
#参数SOCK_STREAM表示该socket传输层的tcp协议
listenSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)

# socket绑定地址和端口
listenSocket.bind((IP,PORT))

# 使socket处于监听状态，等待客户端的连接请求
# 参数5表示最多接收多少个等待连接的客户端
listenSocket.listen(5)
print(f"服务端启动通知，在{PORT}端口等待客户端连接...")

dataSocket,addr=listenSocket.accept()
print("接受一个客户端连接：",addr)

while True:
    # 尝试读取对方发送的消息
    # BUFLEN 指定从接受缓冲里最多读取多少字节
    recved=dataSocket.recv(BUFLEN)
    # 如果返回空bytes,表示对方关闭了连接
    # 退出循环，结束消息收发
    if not recved:
        break
    # 读取的字节数据是bytes类型，需要解码为字符串
    info=recved.decode()
    print(f"收到对方信息：{info}")
    # 发送的数据类型必须是bytes,所以要进行编码
    dataSocket.send(f"服务器接收到了信息{info}".encode())

# 服务端也调用close()关闭socket
dataSocket.close()
listenSocket.close()

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2.3 结果展示

我们先运行服务器端程序，随后运动客户端程序，并在客户端代码的输入框中依次输入"hello world"、“next message”、“exit”
则在客户端运行结果展示如下：

在服务器端展示结果如下：