30.1. 企业级开发进阶2.1:TCP编程


农历五月初二

抽烟
抽烟有利于提神,增加思维敏捷
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晚上是程序员精神最好的时候

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座位朝向:面向南方写程序,BUG 最少。
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废话少说,进入正题,这节课开始我们学习基于TCP协议的网络编程

** 本节内容如下**

  • 什么是TCP协议
  • TCP网络编程——服务端程序开发
  • TCP网络编程——客户端程序开发

1. 关于TCP协议那点事儿

TCP协议是一种面向连接、保证数据传输的高可靠性的,一对一的传输层协议

TCP协议保证连接的可靠性是通过它的通信特征来确定的:首先保证正确建立可靠的连接,主要通过三次通信握手来确定;其次保证数据包的数量和顺序不会丢失和错乱,如果发现数据包发送失败会重新发送;第三当连接终止时,连接双方都需要独立关闭自己的连接,通过四次挥手确定连接断开。

建立可靠连接的三次握手
断开连接的四次挥手操作

从上面的操作过程我们可以发现一个规律,服务器端总是处于等待状态,客户端会主动发起和服务器的连接,通过三次握手建立可靠的连接并进行数据的传输。一直到最后客户端发起关闭连接请求,经过四次挥手操作断开和服务器之间的连接

所以正常情况下, TCP网络编程一般是首先开发服务端程序,然后开发客户端程序。

2. TCP服务端编程

python中的网络编程,就类似生活中将两台PC用网线连接起来一样,网线表示网络,需要水晶头将网线连接到电脑上才能正常的操作;python提供了这样的水晶头:套接字(socket)

TCP网络编程就是这么回事
2.1 API解析
  • socket模块:TCP网络编程,需要引入这个模块

  • socket():socket模块中的socket()对象,可以用于创建套接字:socket(family, type)
    • 参数family:连接的IP地址类型,socket.AF_INET表示的是IPv4的地址,socket.AF_INET6表示的是IPv6的地址
    • 参数type:连接数据传输类型,使用socket.SOCK_STREAM表示使用流协议(TCP)
    • 返回值:一旦创建成功,返回一个套接字对象,姑且命名为sc

  • bind():用于将套接字和主机IP以及端口号Port进行绑定,就是上面例图中将网线插到电脑上
    bind()是socket对象的方法,可以直接通过socket对象调用
    bind()方法只接受一个元组类型的参数,将ip地址和端口填写进去即可
    sc.bind(("192.168.1.1", 8080))

  • listener(count):监听连接的方法,一般在服务端编程中使用,调用socket对象的listener()方法,就会让服务器程序处于等待客户端连接
    • 参数count:一个整数数据,表示允许最大的连接数量

  • accept():接收客户端的连接,这是一个阻塞方法,一旦程序执行到accept()方法,就会处于等待状态不继续执行,一直到有客户端连接进来才会继续执行程序

  • recv():用于接收远程套接字对象发送的数据
    • 返回值:远程套接字发送的数据

  • sendall(data):用于向远程主机发送数据
    • 参数data:用于发送的数据

  • close():套接字的关闭方法,通信完毕之后,一定要记得关闭和服务器之间的TCP连接,释放资源。

2.2 TCP服务端程序编写

服务端程序开发,首先创建服务端程序的套接字对象,将套接字对象跟服务器IP地址和端口进行绑定;其次开始设置启动监听,等待客户端的连接;如果客户端一旦连接进来,就可以和客户端之间进行数据的收发操作;最后执行完成,关闭套接字

服务端程序开发流程

service.py代码如下:

import socket

# 创建服务端套接字
sc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定服务端IP地址和端口
sc.bind(("192.168.10.115", 8888))

# 开始监听
sc.listen(10)

# 等待连接
print("服务端程序启动完成,等待连接中...")
conn, addr = sc.accept()
print("客户端%s连接成功" % str(addr))

# 向客户端发送消息
conn.sendall("你好,客户端,我是服务器".encode("utf-8"))

# 关闭和这个客户端的套接字
conn.close()

运行上面的程序,我们会看到如下的等待界面:


服务端程序启动了

此时,我们通过telnet来访问以下这个ip和对应的端口,会发现服务器给我们发送了数据


telnet访问得到服务器发送的数据

同时我们运行的服务端也接收到了用户的请求


服务端接收到客户端的连接
2.3 TCP客户端程序编写

相对于服务端编程,客户端编程就变得比较简单了,我们通过 创建客户端套接字对象,通过调用套接字对象的connect(ip, port)方法连接指定ip和端口port的服务器,然后和服务器之间进行数据通信,通信完毕关闭客户端套接字。

客户端编程访问服务端程序

client.py代码如下:

import socket

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

sc.connect(("192.168.10.115", 8888))

msg = sc.recv(1024)
print("接收到服务器的欢迎消息:" + msg.decode("utf-8"))

sc.sendall("你好服务器".encode("utf-8"))

sc.close()

运行前面开发的服务器端程序


服务器程序启动成功

运行客户端程序,接收到服务器的数据:


客户端程序启动,接收到服务器发送的数据

以上,就是我们在进行TCP网络编程时的服务端编程和客户端编程的方式,下一节中我们使用TCP编程来开发一个简易的对讲机程序,实现服务端和客户端的数据通信


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