本文主要是介绍第十二章 网络编程,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
第十二章 网络编程
网络协议概述
通信协议:
协议即规则,就好比汽车上路要遵守交通规则一样,为了使全世界不同类型的计算机都可以连接起来,所以制定了一套全球通用的通信协议——Internet协议。有了Internet协议,任何私有网络,只要支持这个协议,就可以接入互联网。
Internet协议主要的协议和层次关系:
IP:
- IP协议是整个TCP/IP协议族的核心
- IP地址就是互联网上计算机的唯一标识
- 目前的IP地址有两种表示方式,即IPv4和IPv6
- 在命令行下使用
ipconfig
命令可以查看本机的IP地址
TCP协议与UDP协议的区别
TCP:
TCP(Transmission Control Protocol)协议即传输控制协议,是建立在IP协议基础之上的。TCP协议负责两台计算机之间建立可靠连接,保证数据包按顺序发送到。它是一种可靠的、一对一的、面向有连接的通信协议。
TCP是可靠的协议,这源于TCP的三次握手:
UDP:
UDP(User Datagram Protocol)协议即用户数据包协议,它是面向无连接的协议,只要知道对方的IP地址和端口,就可以直接发送数据包,由于是面向无连接的,所以无法保证数据一定会到达接收方。
端口号:
- 区分计算机中运行的应用程序的整数
- 端口号的取值范围是0到65535,一共65536个,其中80这个端口号分配给了HTTP服务,21这个端口号分配给了FTP服务。3306分配给了MySQL数据库,1521分配给了Oracle数据库,1433分配给了SQL Server数据库。
TCP协议与UDP协议的区别:
TCP协议 | UDP协议 | |
---|---|---|
连接方面 | 面向连接的 | 面向无连接 |
安全方面 | 传输消息可靠、不丢失、按顺序到达 | 无法保证不丢包 |
传输效率方面 | 传输效率相对较低 | 传输效率高 |
连接对象数量方面 | 只能是点对点、一对一 | 支持一对一、一对多、多对多的交互通信 |
TCP协议:面向连接的、可靠的、不丢失的、按顺序到达的,但传输效率相对较低,只能实现点对点,一对一的数据传输。
UDP协议:面向无连接、无法保证不丢包,但传输效率高,可以实现一对一、一对多、多对多的交互通信。
Socket套接字
前面提到IP协议、TCP协议和UDP协议,那么这些协议如何落实到程序中呢?
在Python中有一个类——socket,要想编写网络通信程序就一定需要用到socket类。
Socket套接字是用于描述IP地址和端口号的。
Socket模块可以实现TCP编程,也可以实现UDP编程。
socket模块中socket类的常用方法:
方法名称 | 功能描述 |
---|---|
bind((ip,port)) | 绑定IP地址和端口 |
listen(N) | 开始TCP监听,N表示操作系统挂起的最大连接数量,取值范围1-5之间,一般设置为5 |
accept() | 被动接收TCP客户端连接,阻塞式 |
connect((ip,port)) | 主动初始化TCP服务器连接 |
recv(size) | 接收TCP数据,返回值为字符串类型,size表示要接收的最大数据量 |
send(str) | 发送TCP数据,返回值是要发送的字节数量 |
sendall(str) | 完整发送TCP数据,将str中的数据发送到连接的套接字,返回之前尝试发送所有数据,如果成功为None,失败抛出异常 |
recvfrom() | 接收UDP数据,返回值为一个元组(data,address),data表示接收的数据,address表示发送数据的套接字地址 |
sendto(data,(ip,port)) | 发送UDP数据,返回值是发送的字节数 |
close() | 关闭套接字 |
TCP服务器端代码的编写
由于TCP协议是点对点的、一对一的,需要建立连接才可以进行交互的通信,所以TCP编程分为客户端编程和TCP服务器端编程。
TCP服务器端编程的步骤:
- 使用socket类创建一个套接字对象
- 使用bind((ip,port))方法绑定IP地址和端口号
- 使用listen()方法开始TCP监听
- 使用accept()方法等待客户端的连接
- 使用recv()/send()方法接收/发送数据
- 使用close()关闭套接字
# 服务器端
from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM# 从socket模块中导入socket类
# 参数AF_INET用于Internet之间的进程通信
# 参数SOCK_STREAM表示的是用TCP协议编程
# AF_INET、SOCK_STREAM大写说明这是常量# (1)创建socket对象
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # AF_INET用于Internet之间的进程通信,SOCK_STREAM表示的是用TCP协议编程
# (2)绑定IP地址和端口
ip = '127.0.0.1' # 本机的IP地址,等同于 localhost
port = 8888 # 端口号
server_socket.bind((ip, port))# (3)使用listen()开始监听
server_socket.listen(5)
print('服务器已启动')# (4)等待客户端的连接
# 客户端发送过来一个socket对象,以及地址。这里用的是系列解包赋值
client_socket, client_addr = server_socket.accept() # 返回的是一个元组,使用系列解包赋值# (5)接收来自客户端的数据
data = client_socket.recv(1024) # recv()接收数据
# 客户端发送过来时需要编码,服务器端接收时要解码
print('客户端发送过来的数据为:', data.decode('utf-8')) # 解码# (6) 关闭socket
server_socket.close()
TCP客户端代码的编写
TCP客户端编程的步骤:
- 使用socket类创建一个套接字对象
- 使用connect((host,port))设置连接的主机IP和主机设置的端口号
- 使用recv() / send()方法接收/发送数据
- 使用close()关闭套接字
这里我们需要新建一个Python项目来代表另一台电脑:
选择New Window打开,这样就会打开两个PyCharm,每一个PyCharm就相当于一台电脑。
# 客户端
from socket import socket# (1)创建Socket对象
client_socket = socket()
# (2)IP地址和主机接口,向服务器端发送连接请求
ip = '127.0.0.1' # 要连接的主机的IP地址
port = 8888
client_socket.connect((ip, port))
print('----------与服务器连接建立成功------------')# (3)发送数据
# 客户端发送时需要编码
client_socket.send('Welcome to python world'.encode('utf-8'))# (4)关闭socket
client_socket.close()
print('发送完毕')
注意:
服务器端和客户端都编写好之后,一定要先启动服务器端,然后启动客户端,服务器端等待客户端发送连接。
当客户端和服务器端的连接建立好后,客户端和服务器端的地位是相等的,谁先发送数据都可以。只不过在上面的例子中是客户端先发送的数据,服务器端接收数据。
TCP编程客户端与服务器端启动运行有先后,先启动运行服务器端再启动运行客户端,连接建立之后双方谁先发送数据均可。
图示TCP通信过程:
TCP多次通信服务器端代码编写
在上面的例子中客户端与服务器端只进行了一次数据交互,事实上两者之间可以进行多次数据交互。
客户端与服务器端进行多次数据交互可以使用循环来实现。首先两者之间交互的次数不知道,所以应使用while循环实现。
# 多次通信。服务器端
# from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM
import socket # 这次使用这种导入方式# 从socket模块中导入socket类
# 参数AF_INET用于Internet之间的进程通信
# 参数SOCK_STREAM表示的是用TCP协议编程
# AF_INET、SOCK_STREAM大写说明这是常量# (1)创建socket对象
socket_obj = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # AF_INET用于Internet之间的进程通信,SOCK_STREAM表示的是用TCP协议编程
# (2)绑定IP地址和端口
socket_obj.bind(('127.0.0.1', 8888))# (3)使用listen()开始监听
socket_obj.listen(5) # 设置最大的连接数量--->5
print('服务器已启动')# (4)等待客户端的TCP连接
# 客户端发送过来一个socket对象,以及地址(IP地址)。这里用的是系列解包赋值
client_socket, client_addr = socket_obj.accept() # 返回的是一个元组,使用系列解包赋值# 服务器端接收/发送数据时用的都是客户端的socket对象(client_socket)
# (5)接收来自客户端的数据
# while循环的四个步骤,info是初始化变量
info = client_socket.recv(1024).decode('utf-8') # recv()接收数据.客户端发送过来时需要编码,服务器端接收时要解码
while info != 'bye': # 条件判断,中间的是循环体if info != '':print('接收到的数据是:', info)# 准备发送数据data = input('请输入要发送的数据:')# 服务器端回复客户端client_socket.send(data.encode('utf-8'))if data == 'bye':breakinfo = client_socket.recv(1024).decode('utf-8') # 改变变量# (6) 关闭socket对象
client_socket.close() # 接收到的客户端的socket对象需要关闭
socket_obj.close() # 服务器端的socket对象需要关闭
注意:
服务器端接收/发送数据时用的都是客户端的socket对象(client_socket)。【见上方循环体】
TCP多次通信客户端代码编写
# 多次通信。客户端
import socket# (1)创建Socket对象
client_socket = socket.socket()
# (2)主机IP地址和主机接口,向服务器端发送连接请求
client_socket.connect(('127.0.0.1', 8888))
print('----------与服务器连接建立成功------------')# (3)客户端先发送数据(在我们多次通信的例子中,编写的是服务器端先接收数据)
# while循环的四个步骤
info = ''
while info != 'bye':# 准备发送的数据send_data = input('请客户端输入要发送的数据:')client_socket.send(send_data.encode('utf-8'))# 判断if send_data == 'bye':break # 退出循环# 接收一条数据info = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')print('收到服务器的响应数据:', info)# (4)关闭socket
client_socket.close()
print('发送完毕')
UDP的一次双向通信
UDP协议是面向无连接的,只需要知道对方的IP地址和端口号就可以发送数据包,但是它不保证数据包能够一定到达。
UDP编程客户端(发送方)步骤:
- 使用socket类创建一个套接字对象
- 准备发送的数据
- 定义接收方的IP地址和端口号
- 使用sendto()/recvfrom()方法发送/接收数据
- 关闭socket对象
UDP编程服务器端(接收方)步骤:
- 使用socket类创建一个套接字对象
- 使用bind()方法绑定IP地址和端口号
- 使用sendto()/recvfrom()方法发送/接收数据
- 关闭socket对象
UDP编程接收方与发送方启动运行无先后,但先启动运行发送方,数据包会丢包,因此一般先启动接收方。
图示UDP通信过程:
UDP客户端(发送端)代码编写
# UDP客户端(发送端)
from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM# 从socket模块中导入socket类
# 参数AF_INET用于Internet之间的进程通信
# 参数SOCK_DGRAM表示的是用UDP协议编程
# AF_INET、SOCK_DGRAM大写说明这是常量# (1)创建Socket对象
send_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
# (2)准备发送数据
data = input('请输入要发送的数据:')
# (3)指定接收方的IP地址和端口
ip_port = ('127.0.0.1', 8888)# (4)发送数据
send_socket.sendto(data.encode('utf-8'), ip_port)# (5)接收来自接收方的回复数据
# recvfrom()返回的是一个元组-->(接收到的数据,从哪里获得的数据即地址)
recv_data, addr = send_socket.recvfrom(1024)
print('接收到的数据为:', recv_data.decode('utf-8'))# (4)关闭socket
send_socket.close()
print('发送完毕')
UDP服务器端(接收端)代码编写
# UDP服务器端(接收方)
from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM# 从socket模块中导入socket类
# 参数AF_INET用于Internet之间的进程通信
# 参数SOCK_DGRAM表示的是用UDP协议编程
# AF_INET、SOCK_DGRAM大写说明这是常量# (1)创建socket对象
recv_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM) # AF_INET用于Internet之间的进程通信,SOCK_DGRAM表示的是用UDP协议编程
# (2)绑定IP地址和端口
recv_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))# (3)接收来自发送方的数据
# recvfrom()返回的是一个元组-->(接收到的数据,从哪里获得的数据即地址)
recv_data, addr = recv_socket.recvfrom(1024)
print('接收到的数据为:', recv_data.decode('utf-8'))# (4)准备回复对方的数据
data = input('请输入要回复的数据:')# (5)回复
recv_socket.sendto(data.encode('utf-8'), addr)# (6) 关闭socket对象
recv_socket.close()
运行效果
UDP模拟客服咨询小程序
聊天软件一般都是使用UDP编程实现的,这里我们使用UDP编程模拟客服咨询。
两者之间交互的次数不知道,所以应使用while循环实现。
客服人员(接收方)
# UDP模拟客服咨询小程序,客服人员(接收方)
from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM# 从socket模块中导入socket类
# 参数AF_INET用于Internet之间的进程通信
# 参数SOCK_DGRAM表示的是用UDP协议编程
# AF_INET、SOCK_DGRAM大写说明这是常量# (1)创建socket对象
recv_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM) # AF_INET用于Internet之间的进程通信,SOCK_DGRAM表示的是用UDP协议编程
# (2)绑定IP地址和端口
recv_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))while True:# (3)接收来自发送方的数据# recvfrom()返回的是一个元组-->(接收到的数据,从哪里获得的数据即地址)recv_data, addr = recv_socket.recvfrom(1024)print('客户说:', recv_data.decode('utf-8'))if recv_data.decode('utf-8') == 'bye':break# (4)准备回复对方的数据data = input('客服回复:')# (5)回复recv_socket.sendto(data.encode('utf-8'), addr)# (6) 关闭socket对象
recv_socket.close()
客户(发送方)
# UDP模拟客服咨询小程序,客户(发送方)
from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM# 从socket模块中导入socket类
# 参数AF_INET用于Internet之间的进程通信
# 参数SOCK_DGRAM表示的是用UDP协议编程
# AF_INET、SOCK_DGRAM大写说明这是常量# (1)创建Socket对象
send_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
while True:# (2)准备发送数据data = input('客户说:')# (3)指定接收方的IP地址和端口ip_port = ('127.0.0.1', 8888)# (4)发送数据send_socket.sendto(data.encode('utf-8'), ip_port)if data == 'bye':break# (5)接收来自接收方的回复数据# recvfrom()返回的是一个元组-->(接收到的数据,从哪里获得的数据即地址)recv_data, addr = send_socket.recvfrom(1024)print('客服回复:', recv_data.decode('utf-8'))# (4)关闭socket
send_socket.close()
print('发送完毕')
运行效果
这篇关于第十二章 网络编程的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!