使用Python搭建TCP客户端与服务端

TCP协议简介

传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

计算机之间的通信需要使用Socket套接字，Python标准库中已内置Socket模块。

TCP客户端和服务器通信流程如下：

对于TCP服务端建立：

创建TCP套接字
关联本地端口与插座
- 绑定端口后客户端才能访问
设置套接字监听模式
- 设置为被动模式，不能主动发起请求，只能被动等待连接
接受来自客户端的新连接
- 三次握手建立连接
接收和发送数据
关闭客户机/服务器连接
返回到步骤4

对于TCP客户端建立：

创建TCP套接字
连接到TCP服务器
发送数据/接收数据
关闭连接
- 发起关闭连接通知
- 四次挥手后断开连接

搭建TCP客户端

接下来就来利用Python搭建一个简单的TCP客户端，实现局域网内通信。

流程如下：

创建客户端套接字对象 socket()
和服务器套接字建立连接 connect()
发送数据 send()
接受数据 recv()
关闭客户端套接字 close()

至于TCP协议和Socket的实现原理可自行查阅相关资料。

首先，导入Socket模块

import socket

创建套接字对象

使用socket.socket(AddressFamily, Type)返回一个socket对象
- AddressFamily: 表示IP地址类型，分为IPv4和IPv6
  - socket.AF_INET: IPv4
- Type: 表示传输协议类型
  - SOCK_STREAM: TCP传输协议
  - SOCK_DGRAM: UDP传输协议
默认参数即为socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM

tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

和服务端建立连接

connet()方法仅接受一个元组参数，元组中包含IP和端口（服务端的IP和端口）

tcp_client_socket.connet(('192.168.26.70', 7777))
print('连接成功')
# 代码执行到此表示连接建立成功

准备发送的数据

服务端为Windows用gbk，Mac和Linux为utf-8

send_data = '你好服务端，我是客户端'.encode('utf-8')

发送数据

发送和接受数据都是以二进制字节流的形式进行

tcp_client_socket.send(send_data)

接收数据

recv(bytes) 方法接收服务端发来的数据，返回二进制数据
bytes参数指定接收的数据最大字节数为1024

recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)

对数据进行解码，由于数据传输形式是二进制，需解码才能正常显示

recv_content = recv_data.decode('utf-8')
print(recv_content)

断开连接

tcp_client_socket.close()

以下是完整代码

'''
1. 创建客户端套接字对象 socket()
2. 和服务器套接字建立连接 connect()
3. 发送数据 send()
4. 接受数据 recv()
5. 关闭客户端套接字 close()
'''

import socket
# 导入socket模块

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
    # 3. SOCK_DGRAM: UDP传输协议
    # 默认参数 socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM
    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(('192.168.26.70', 7777))
    print('连接成功')
    # 代码执行到此，说明连接建立成功

    # 准备发送的数据
    # 服务端为Windows用gbk，Mac和Linux为utf-8
    send_data = '你好服务端，我是客户端'.encode('utf-8')

    # 发送数据
    tcp_client_socket.send(send_data)

    # 接受数据，指定接受的数据最大字节数是1024，最大4096
    recv_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(recv_content)

    # 断开连接
    tcp_client_socket.close()

搭建TCP服务端

搭建完客户端，来搭建一个客户端尝试连接

创建服务端套接字对象 socket()
绑定端口号 bind()
设置监听 listen()
等待接受客户端的连接请求 accept()
接收数据 recv()
发送数据 send()
关闭套接字 close()

首先导入socket模块

import socket

创建tcp服务端套接字

tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

绑定ip和端口

如果在绑定IP时，没有给定IP，默认绑定的是本地IP地址
bind()方法仅接受一个元组参数，元组中包含IP和端口（服务端的IP和端口）

tcp_server_socket.bind(('', 7777))

设置监听

使用listen()方法设置监听
设置监听后，服务端进入被动模式，只能被动连接，连接前会一直等待

tcp_server_socket.listen(128)
print('监听中···')

等待客户端连接

接受连接

accpet()会返回两个数据，一个是客户端的Socket对象，另一个是客户端的地址信息

client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
print(f'客户端{ip_port[0]} 使用端口{ip_port[1]} 连接成功')

接受客户端的数据

如果接收的数据长度为0说明客户端发送了断开连接请求

data_recv = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
if len(data_recv):
    print(f'客户端 {ip_port[0]} 发送的数据是 {data_recv}')
else:
    print(f'客户端{ip_port[0]} 断开连接')

给客户端发送数据

data_send = '已收到'.encode('utf-8')
client_socket.send(data_send)

关闭客户端

client_socket.close()

关闭服务端

tcp_server_socket.close()

完整代码如下

'''
1. 创建服务端套接字对象 socket()
2. 绑定端口号 bind()
3. 设置监听 listen()
4. 等待接受客户端的连接请求 accept()
5. 接收数据 recv()
6. 发送数据 send()
7. 关闭套接字 close()
'''


import socket


if __name__ == '__main__':
    # 创建tcp服务端套接字
    # 如果马上重启服务器时会出现错误，因为地址和端口没有被释放
    # OSError: [Errno 48] Address already in use
    # 如果想马上释放，要设置socket选项
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 设置socket选项
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    
    # 绑定IP和端口
    # 如果在绑定ip时，没有给定ip，默认绑定的时本地ip地址
    tcp_server_socket.bind(('', 7777))
    
    # 设置监听
    # 设置监听后服务端进入被动模式，只能被动接受连接
    tcp_server_socket.listen(128)
    print('监听中···')
    
    # 等待客户端连接
    # 如果客户连接上来后，该函数会返回两个数据，一个是客户端的Socket对象，另一个是客户端的地址信息
    client_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
    print(f'客户端{ip_port[0]} 使用端口{ip_port[1]} 连接成功')

    # 接受客户端的数据
    data_recv = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
    if len(data_recv):
        print(f'客户端 {ip_port[0]} 发送的数据是 {data_recv}')
    else:
        print(f'客户端{ip_port[0]} 断开连接')
    
    # 给客户端发送数据
    data_send = '已收到'.encode('utf-8')
    client_socket.send(data_send)
    
    # 关闭客户端
    client_socket.close()
    
    # 关闭服务端
    tcp_server_socket.close()
    
    # 设置端口号复用，让程序退出端口号立即释放

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