Python 网络编程基础与 Socket 应用

1. 第一次握手：客户端向服务端发送请求，等待服务端确认。
2. 第二次握手：服务端收到请求后知道客户端请求建立连接，回复给客户端以确认连接请求。
3. 第三次握手：客户端收到确认后，再次发送请求确认服务端，服务端收到正确请求后，如果正确则连接建立成功，完成三次握手，随后客户端与服务端之间可以开始传输数据了。

四次挥手

四次挥手指 TCP 断开链接的时候需要经过 4 次确认。TCP 连接是双向的，A 连接 B、B 连接 A 都要断开。

1. 第一次挥手：当主机 A(可以是客户端也可以是服务端) 完成数据传输后，提出停止 TCP 连接的请求。
2. 第二次挥手：主机 B 收到请求后对其作出响应，确认这一方向上的 TCP 连接将关闭。
3. 第三次挥手：主机 B 端再提出反方向的连接关闭请求。
4. 第四次挥手：主机 A 对主机 B 的请求进行确认，双方向的关闭结束。

TCP 的特点

1. 面向连接：通信双方必须先建立好连接才能进行数据传输，数据传输完成后，需要断开连接，以释放系统资源。
2. 可靠传输：通过三次握手确保连接可靠性，通过四次挥手确保数据传输完整性；必须要先建立连接，相对 UDP 效率较低。
3. 应用场景：大多数服务器程序都是使用 TCP 协议开发的，比如文件下载、网页浏览等。

Socket 套接字

Socket(简称套接字) 是一个进程之间的通信工具，进程之间想要进行网络通信需要基于这个 Socket。

1. Socket(套接字) 能实现不同主机之间的进程间通信。Python 中有专门的 socket 类。
2. 要使用 Socket，通常要使用到 socket 模块下的 socket 类创建 socket 对象。

import socket
"""
目标：创建了一个 TCP 套接字连接
1. 导入 socket 模块
2. 使用 socket.socket() 函数创建一个基于 IPv4(AF_INET) 的 TCP 流套接字(SOCK_STREAM)
3. 最后打印出这个套接字对象的信息。
"""
tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print(tcp_socket)

TCP 开发流程介绍

服务器开发

当有了 socket 对象后，常用于服务器端的函数如下：

代码示例

"""
服务端与客户端通信
开发流程:
1. 创建 socket 对象
2. 绑定 ip 和端口号
3. 设置最大监听数
4. 等待客户端连接
5. 给客户端发送消息
6. 接收客户端的消息并打印
7. 释放资源
细节：客户端和服务端使用字节流(bytes) 的形式交互数据
"""
import socket

# 创建 socket 对象，socket.AF_INET 表示 ipv4，socket.SOCK_STREAM 表示字节流(TCP)
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("127.0.0.1", 8080))
server_socket.listen(5)

# 等待客户端建立连接，accept_socket 表示连接对象 (用于后续通信)，client_info 表示客户端信息
accept_socket, client_info = server_socket.accept()

# 给客户端发送消息
accept_socket.send(b"hello world")

# 接收客户端的消息并打印
data = accept_socket.recv(1024).decode("utf-8")
print(f'服务端收到信息：{data}, 客户端是：{client_info}')

# 释放资源
accept_socket.close()
# 服务器端一般不关闭 server_socket

客户端开发

当有了 socket 对象后，常用于客户端的函数如下：

代码示例

"""
客户端与服务端通信
开发流程:
1. 创建 socket 对象
2. 连接服务端，指定 ip 和端口
3. 接收服务端的信息并打印
4. 给服务端发送消息
5. 释放资源
"""
import socket

# 创建客户端
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 创建连接
client_socket.connect(("127.0.0.1", 8080))

# 接收服务端信息并打印
data = client_socket.recv(1024).decode("utf-8")
print(f'服务端发送信息：{data}')

# 给服务端发送消息
client_socket.send("Socket 挺厉害呢！".encode("utf-8"))

# 释放资源
client_socket.close()

字符串 str 与二进制 bytes 类型转换

在网络中，数据是以二进制数据类型 bytes 的形式进行传递的，所以在我们向网络传输数据的时候需要把数据转化成二进制，从网络中接受到的数据默认也是二进制类型的数据，想要正常使用这些数据也需要把这些数据从二进制类型数据转化为字符串 str 型。

1. 当字符串 str 数据转换为二进制 bytes 类型时，可使用如下函数：

2. 当二进制 bytes 数据转换为字符串 str 类型时，可使用如下函数：

3. 示例代码

"""
演示编解码
1. 编码 = 把数据转成二进制 '字符串'.encode(码表)
2. 解码 = 把二进制转成数据 二进制.decode(码表)
3. 只要乱码了，就是编码出现了不同
4. 英文字母，数字，特殊符号无论什么码表都只占 1 个字节，中文在 gbk 中占 2 个字节，在 utf-8 中占 3 个字节
5. 二进制数据特殊写法，b'字母 数字 特殊符号'，该方式不支持中文
"""
# 编码
s1 = '你好'
print(s1.encode())          # b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'
print(s1.encode('utf-8'))   # b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'
print(s1.encode('gbk'))     # b'\xc4\xe3\xba\xc3'

# 解码
bys = b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'
print(type(bys))            # <class 'bytes'>
print(bys.decode())         # 你好
print(bys.decode('utf-8'))  # 你好
print(bys.decode('gbk'))    # 乱码

设置端口号重用

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)，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：

• 一般都会自动重用，某些 CPU 可能不重用，出现端口占用时再设置就行

文本上传

"""
客户端上传文本文件
"""
import socket

# 创建客户端
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 创建连接
client_socket.connect(("127.0.0.1", 8080))

# 关联数据源文件，读取内容，发送给服务器
with open("data.txt", "rb") as src_f:
    while True:
        data = src_f.read(8192)
        client_socket.send(data)
        if len(data) == 0:
            break

# 释放资源
client_socket.close()

"""
服务端接收文本文件
"""
import socket

# 创建 socket 对象，socket.AF_INET 表示 ipv4，socket.SOCK_STREAM 表示字节流(TCP)
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("127.0.0.1", 8080))
server_socket.listen(5)

# 等待客户端建立连接，accept_socket 表示连接对象 (用于后续通信)，client_info 表示客户端信息
accept_socket, client_info = server_socket.accept()

with open("my_data.txt", "wb") as dest_f:
    while True:
        # 接收客户端文件数据
        bys = accept_socket.recv(8192)
        if len(bys) == 0:
            break
        # 写入操作
        dest_f.write(bys)

# 释放资源
accept_socket.close()

图片上传

"""
客户端上传图片文件
"""
import socket

# 创建客户端
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 创建连接
client_socket.connect(("127.0.0.1", 8080))

# 关联数据源文件，读取内容，发送给服务器
with open("字体 1.jpg", "rb") as src_f:
    while True:
        data = src_f.read(8192)
        client_socket.send(data)
        if len(data) == 0:
            break

# 释放资源
client_socket.close()

"""
服务端接收图片文件
"""
import socket

# 创建 socket 对象，socket.AF_INET 表示 ipv4，socket.SOCK_STREAM 表示字节流(TCP)
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("127.0.0.1", 8080))
server_socket.listen(5)

while True:
    try:
        # 等待客户端建立连接
        accept_socket, client_info = server_socket.accept()
        with open("001.jpg", "wb") as dest_f:
            while True:
                # 接收客户端文件数据
                bys = accept_socket.recv(8192)
                if len(bys) == 0:
                    break
                # 写入操作
                dest_f.write(bys)
        # 释放资源
        accept_socket.close()
    except:
        pass