〖Web全栈开发②〗—网络编程基础(下)
- (一)TCP 网络应用程序开发流程
- 1. TCP 网络应用程序开发流程的介绍
- 2. TCP 客户端程序开发流程的介绍
- 3. TCP 服务端程序开发流程的介绍
- 4. 小结
- (二)socket之send和recv原理剖析
- 1. 认识TCP socket的发送和接收缓冲区
- 2. send原理剖析
- 3. recv原理剖析
- 4. send和recv原理剖析图
- 5. 小结
- (三)TCP服务端程序开发
- 1. 开发 TCP 服务端程序开发步骤回顾
- 2. socket 类的介绍
- 3. TCP 服务端程序开发示例代码
- 4. 小结
- (四)TCP 客户端程序开发
- 1. 开发 TCP 客户端程序开发步骤回顾
- 2. socket 类的介绍
- 3. TCP 客户端程序开发示例代码
- 4. 小结
- (五)TCP网络应用程序的注意点
- 1. TCP网络应用程序的注意点介绍
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(一)TCP 网络应用程序开发流程
学习目标
- 能够知道TCP客户端程序的开发流程
1. TCP 网络应用程序开发流程的介绍
TCP 网络应用程序开发分为:
- TCP 客户端程序开发
- TCP 服务端程序开发
说明:
客户端程序是指运行在用户设备上的程序 服务端程序是指运行在服务器设备上的程序,专门为客户端提供数据服务。
2. TCP 客户端程序开发流程的介绍
步骤说明:
- 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
3. TCP 服务端程序开发流程的介绍
步骤说明:
- 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
4. 小结
- TCP 网络应用程序开发分为客户端程序开发和服务端程序开发。
- 主动发起建立连接请求的是客户端程序
- 等待接受连接请求的是服务端程序
(二)socket之send和recv原理剖析
学习目标
- 能够知道send和recv的底层工作原理
1. 认识TCP socket的发送和接收缓冲区
当创建一个TCP socket对象的时候会有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区,这个发送和接收缓冲区指的就是内存中的一片空间。
2. send原理剖析
send是不是直接把数据发给服务端” />3. recv原理剖析
recv是不是直接从客户端接收数据?
不是,应用软件是无法直接通过网卡接收数据的,它需要调用操作系统接口,由操作系统通过网卡接收数据,把接收的数据写入到接收缓冲区(内存中的一片空间),应用程序再从接收缓存区获取客户端发送的数据。
4. send和recv原理剖析图
说明:
- 发送数据是发送到发送缓冲区
- 接收数据是从接收缓冲区 获取
5. 小结
不管是recv还是send都不是直接接收到对方的数据和发送数据到对方,发送数据会写入到发送缓冲区,接收数据是从接收缓冲区来读取,发送数据和接收数据最终是由操作系统控制网卡来完成。
(三)TCP服务端程序开发
学习目标
- 能够写出TCP服务端应用程序接收和发送消息
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 socketif __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_portservice_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1024recv_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("utf-8")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("utf-8")# 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: ('********', 58854)接收数据的长度为: 40接收客户端的数据为: 你好服务端,我是客户端
说明:
当客户端和服务端建立连接后,服务端程序退出后端口号不会立即释放,需要等待大概1-2分钟。
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)
4. 小结
- 导入socket模块
- 创建TCP套接字‘socket’
- 参数1: ‘AF_INET’, 表示IPv4地址类型
- 参数2: ‘SOCK_STREAM’, 表示TCP传输协议类型
- 绑定端口号‘bind’
- 参数: 元组, 比如:(ip地址, 端口号)
- 设置监听‘listen’
- 参数: 最大等待建立连接的个数
- 等待接受客户端的连接请求‘accept’
- 发送数据‘send’
- 参数: 要发送的二进制数据, 注意: 字符串需要使用encode()方法进行编码
- 接收数据‘recv’
- 参数: 表示每次接收数据的大小,单位是字节,注意: 解码成字符串使用decode()方法
- 关闭套接字‘socket’表示通信完成
(四)TCP 客户端程序开发
学习目标
- 能够写出 TCP 客户端应用程序发送和接收消息
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IPv6Type
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 socketif __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(("*******", 8989))# 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,我是客户端小明!".encode("utf-8")# 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1024recv_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("utf-8")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
说明
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
多个客户端与服务器进行链接,需要将链接放入循环中
服务端
import socketimport threadingdef data_recv():# 准备发送的数据while True:send_data = input('发送信息:').encode("utf-8")# 发送数据service_client_socket.send(send_data)def data_send():while True:# 接收数据, 这次接收的数据最大字节数是1024recv_data = service_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("utf-8")print("接收服务端的数据为:", recv_content)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(("0.0.0.0", 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(1)# 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_portwhile True: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)t1 = threading.Thread(target=data_recv)t1.start()t2 = threading.Thread(target=data_send)t2.start()# 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()
其他客户端
import socketimport threadingdef data_recv():# 准备发送的数据while True:send_data = input('发送信息:').encode("utf-8")# 发送数据tcp_client_socket.send(send_data)def data_send():while True:# 接收数据, 这次接收的数据最大字节数是1024recv_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("utf-8")print("接收服务端的数据为:", recv_content)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(("*******", 8000))# 代码执行到此,说明连接建立成功t1 = threading.Thread(target=data_recv)t1.start()t2 = threading.Thread(target=data_send)t2.start()t1.join()t2.join()# 关闭套接字tcp_client_socket.close()
4. 小结
- 导入socket模块
- 创建TCP套接字‘socket’
- 参数1:
‘AF_INET’
, 表示IPv4地址类型 - 参数2:
‘SOCK_STREAM’
, 表示TCP传输协议类型
- 参数1:
- 发送数据‘send’
- 参数1: 要发送的二进制数据, 注意: 字符串需要使用encode()方法进行编码
- 接收数据‘recv’
- 参数1: 表示每次接收数据的大小,单位是字节
- 关闭套接字‘socket’表示通信完成
(五)TCP网络应用程序的注意点
学习目标
- 能够说出开发TCP网络应用程序的注意点
1. TCP网络应用程序的注意点介绍
- 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。