代码收藏家技术教程 2024-06-02

Python SocketTCP和UDP编程基础指南

文章目录

一、socket_TCP网络通信

1.如何实现发信息的网络通信

2.通信步骤

3.Python实现步骤

服务端实现步骤

客户端实现步骤

示例代码

循环通信

二、socket_UDP网络通信

三、UDP和TCP的比较

1.UDP的优点

2.TCP的优点

四、socket响应网页(了解)

一、socket_TCP网络通信

Socket 是一种用于实现网络通信的编程接口，它允许不同计算机之间通过网络进行数据交换。在计算机网络编程中，Socket 被广泛应用于客户端-服务器通信和进程间通信等场景。下面是关于 Socket 的一些重要信息：

Socket 是什么：
Socket 是一种抽象的通信端点，可以用于在不同计算机之间进行数据传输。
在网络编程中，Socket 通常由 IP 地址和端口号组成，用于唯一标识网络中的通信实体。
Socket 的类型：
在 Python 中，常用的 Socket 类型有两种：TCP Socket 和 UDP Socket。
TCP Socket 提供面向连接的、可靠的数据传输，适用于要求数据完整性的场景。
UDP Socket 提供无连接、不可靠的数据传输，适用于要求速度和效率的场景。
Socket 编程：
在 Python 中，可以使用内置的 socket 模块进行 Socket 编程。
通过创建 Socket 对象并调用其方法，可以实现网络通信的各种操作，如建立连接、发送数据、接收数据等。
Socket 通信流程：
在客户端-服务器通信中，通常的流程是：服务器创建 Socket 并绑定到指定的 IP 地址和端口，然后监听连接；客户端创建 Socket 并连接到服务器指定的 IP 地址和端口；双方建立连接后进行数据交换。
Socket 应用：
Socket 在网络编程中广泛应用于各种场景，如 Web 服务器、聊天应用、远程控制、文件传输等。
通过 Socket，可以实现不同计算机之间的实时通信和数据交换，为网络应用提供了基础支持。

总的来说，Socket 是一种重要的网络编程接口，通过 Socket 可以实现不同计算机之间的数据传输和通信，为构建各种网络应用提供了基础。在 Python 中，通过内置的 socket 模块，可以方便地进行 Socket 编程。

1.如何实现发信息的网络通信

硬件接口
发送信息
接受信息
关机

2.通信步骤

连接
传输信息
关闭链接

3.Python实现步骤

服务端实现步骤

建立服务端Socket对象：
使用 socket 模块创建一个服务端的 Socket 对象，指定使用 TCP 协议。
绑定IP地址和端口号：
使用 bind() 方法将服务端的 Socket 对象绑定到指定的IP地址和端口号上。
设置监听模式：
使用 listen() 方法设置 Socket 对象为监听模式，指定最大连接数。
等待客户端连接：
使用 accept() 方法等待客户端的连接请求，一旦有客户端连接，会返回一个新的 Socket 对象和客户端的地址信息。
接收客户端数据/给客户端发送信息：
使用新的 Socket 对象进行数据的接收和发送，可以使用 recv() 方法接收客户端发送的数据，使用 send() 方法发送数据给客户端。
关闭连接：
在通信结束后，关闭服务端的 Socket 对象。

客户端实现步骤

创建客户端Socket对象：
使用 socket 模块创建一个客户端的 Socket 对象，同样指定使用 TCP 协议。
连接服务端IP和端口：
使用 connect() 方法连接到服务端指定的IP地址和端口号。
接收服务端数据/发送客户端数据：
使用客户端 Socket 对象进行数据的接收和发送，可以使用 recv() 方法接收服务端发送的数据，使用 send() 方法发送数据给服务端。
关闭连接：
在通信结束后，关闭客户端的 Socket 对象。

示例代码

下面是一个简单的示例代码，演示了服务端和客户端之间的简单通信过程：

server_socket.py

# 服务端代码

import socket
"""
套接字类：
socket.socket : 这个就是我们的套接字类，里面有两个参数

socket_family : 网络地址类型：ipv4参数值 ==> AF_INET
                            ipv6参数值 ===》 AF_INET6                      
socket_type: 套接字：TCP协议 ==> SOCK_STREAM
                    UDP协议 ==> SOCK_DGRAM

"""
#1.建立服务端对象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)#表示IPV4地址族通信使用TCP
#2.绑定IP地址和端口号
server_socket.bind(('localhost', 9999))
#3.设置监听数
server_socket.listen(5)#设置监听数为5

print("等待客户端连接...")
"""
accept: 这个方法调用后会有两个返回值
    1.客户端对象（数据），我们以后都要用这个对象进行接受和发送
    2.链接客户端的ip，端口号

"""
#4.等待客户端连接
client_socket, address = server_socket.accept()
print(f"连接来自：{address}")
#5.接收客户端数据/给客户端发送信息
data = client_socket.recv(1024)#1024是设置的最大字节数，单位是b
print(f"收到客户端消息：{data.decode('utf-8')}")

## 数字流转换为文档格式字符串

#给客户端发送信息
client_socket.send("Hello, client!".encode())

# 6.关闭链接

client_socket.close()
server_socket.close()

client_socket.py

# 客户端代码
import socket
#1.创建客户端Socket对象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
#2.连接服务端IP和端口
client_socket.connect(('localhost', 9999))
#3.接收服务端数据/发送客户端数据
client_socket.send("Hello, server!".encode())

# 网络只允许二进制传输，需要encode编译

# encode : 字符串转换为数据流

# decode : 数据流转为字符串

data = client_socket.recv(1024)
print(f"收到服务端消息：{data.decode()}")

client_socket.close()

循环通信

server_socket.py

# 服务端代码
import socket

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('localhost', 9999))
server_socket.listen(5)

print("等待客户端连接...")
client_socket, address = server_socket.accept()
print(f"连接来自：{address}")

while 1:
    try:
        data = client_socket.recv(1024)

        print(data.decode("utf-8"))

        msg = input(">>>")
        client_socket.send(msg.encode("utf-8"))

    except ConnectionResetError:
        break

client_socket.close()
server_socket.close()

client_socket.py

import socket

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 9999))

while 1:
    msg = input(">>>")
    client_socket.send(msg.encode("utf-8"))

    if msg == "再见":
        break

    if not msg:
        continue

    data = client_socket.recv(1024)
    print(data.decode("utf-8"))

client_socket.close()

二、socket_UDP网络通信

服务端:
1.创建服务端socket对象
2.绑定自己的ip和端口号
3.接受客户端数据/发送数据
4.关闭链接

socket –> bind —> recvfrom(收)/sendto(发) —>close

客户端
1.创建客户端socket对象
2.发送数据，接受数据
3.关闭

server.py

import socket

"""
套接字类：
socket.socket : 这个就是我们的套接字类，里面有两个参数

socket_family : 网络地址类型：ipv4参数值 ==> AF_INET
                            ipv6参数值 ===》 AF_INET6 
                            
                            
socket_type: 套接字：TCP协议 ==> SOCK_STREAM
                    UDP协议 ==> SOCK_DGRAM


"""

# 创建套接字对象
# IPhone 就是ipv4,UDP协议的套接字对象
IPhone = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 绑定ip和端口号
# 我们的bind参数只有一个实参，这里只能用元组传输
IPhone.bind(("localhost", 10086))


# 5.接受和发送
# 接收数据：设定最大字节数，单位为b
while 1:
    try:
        """
            接受数据：也要最大字节数
            
            recvfrom：这个方法也是有两个返回值
            1.客户端套接字对象
            2.客户端ip和端口号
        
        """

        data, adder = IPhone.recvfrom(1024)

        print(data.decode("utf-8"))

        msg = input(">>>")
        # 发送信息
        IPhone.sendto(msg.encode("utf-8"), adder)

    except ConnectionResetError:
        break


# 6.关闭链接
IPhone.close()

client.py

import socket

# 建立客户端的对象
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 创建一个元组
ipPort = ("127.0.0.1", 10086)

# 网络只允许二进制传输，需要encode编译
# encode : 字符串转换为数据流
# decode : 数据流转为字符串
while 1:
    msg = input(">>>")


    if msg == "拜拜":
        break

    if not msg:
        continue

    client.sendto(msg.encode("utf-8"), ipPort)

    # udp 有一个要求，每一次通讯都要对方的IP地址和端口号
    data, adder = client.recvfrom(1024)
    print(data.decode("utf-8"))

# 4.关闭
client.close()

三、UDP和TCP的比较

1.UDP的优点

低延迟： UDP是面向无连接的协议，不需要建立连接和维护状态，因此通信过程中的延迟较低。
高效性： UDP不进行数据重传、流量控制等额外处理，简单高效，适用于实时性要求较高的场景。
无拥塞控制： UDP不进行拥塞控制，不会因为网络拥塞而调整传输速率，适用于一些特定场景。
适用于广播和多播： UDP支持广播和多播，可以实现一对多的通信。

2.TCP的优点

可靠性： TCP提供数据重传、流量控制、拥塞控制等机制，保证数据的可靠传输。
顺序性： TCP保证数据包按照发送顺序到达接收端，不会出现数据包乱序的情况。
错误校正： TCP提供校验和机制，可以检测数据传输过程中的错误，保证数据的完整性。
流量控制： TCP通过滑动窗口机制进行流量控制，避免发送方发送速度过快导致接收方无法处理。

四、socket响应网页(了解)

网页响应数据需要遵守http协议

如果不遵守就无法识别任何响应信息

那么http协议需要你自己编写格式

客户端接受数据：
数据响应格式：
1.响应行(表示http版本 HTTP1.1, 响应状态码)200 表示响应成功
2.响应头(一大堆键值对) 可写可不写
3.\r\n (空白行，每一个响应数据都要用\r\n结束)
4.响应体(需要返回给浏览器看的数据)

1.响应行:HTTP响应报文中的第一行，用于表示服务器对客户端请求的响应状态。响应行通常由三部分组成：HTTP协议版本、状态码和状态码的文本描述。

2.响应头：用于传输关于响应的元数据信息，如服务器类型、日期时间等。

3.响应体包含实际的响应数据，通常是HTML、文本、图片等内容。

请求格式：
1.请求首行(表示http版本，数据请求方法)
2.请求头可写可不写
3.请求体

静态服务器

server.py

import socket

if __name__ == '__main__':
    tcpServerSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 设置端口复用(循环使用)，程序退出里面关闭该端口号
    tcpServerSocket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

    # "" 这个可以不写，直接空字符，默认是本机地址
    tcpServerSocket.bind(  ("", 8848)  )
    tcpServerSocket.listen(128)

    while 1:
        try:
            newSocket, adder = tcpServerSocket.accept()

            data = newSocket.recv(4096)

            # 打印请求信息
            print(data)

            # 返回一个html前端页面

            with open(r"xyz.html", "r", encoding="utf-8") as f:
                fileData = f.read()


         
            #响应行
            #http/1.1 是http协议版本， 200 ok 是状态码和说明信息
            responseLine = "HTTP/1.0 200 ok \r\n"

            # 响应头
            responseHeader = "server: xyzfuwuqi/1.0 \r\n"

            # 响应体 数据包
            responseBody = fileData

            # 把上面的报文统一组装在一起

            response = responseLine+responseHeader+"\r\n" + responseBody

            # 转化数据流
            responseData = response.encode("utf-8")
            newSocket.send(responseData)
            newSocket.close()
        except Exception as e:
            print(e)
            break

作者：一只特立独行猪