【计算机网络】Socket网络编程
2024-05-16 10:15:44
实验目的
- 理解UDP与TCP套接字的区别
- 掌握UDP和TCP套接字编程方法
- 了解简单网络应用的编程思路
- 了解网络编程相关的一些库
实验环境
macos + python3
实验内容：
- URL 请求程序
- 系统时间查询
- 网络文件传输
- 网络聊天室
实验步骤：
1.URL请求程序
代码截图与文字解释：
调用requests库，可以获得url信息
r.content中包含了html内容，然后将其写入file之中
url = input('Enter a URL: ')r = requests.get(url)# 下载网页with open('url_download.html', 'wb') as f:f.write(r.content)
还可以打印网页中的相关信息
# 打印网页相关信息print('网页URL: ',r.url)print('网页状态码: ',r.status_code)print('网页编码方式: ',r.encoding)# print('网页内容: ',r.text)print('网页header:', r.headers)print('网页大小: {:.4} KB, {} bytes.'.format(len(r.content)/(1024), len(r.content)))
代码汇总：url_download.py
import requestsif __name__ == '__main__':url = input('Enter a URL: ')r = requests.get(url)# 下载网页with open('url_download.html', 'wb') as f:f.write(r.content)# 打印网页相关信息print('网页URL: ',r.url)print('网页状态码: ',r.status_code)print('网页编码方式: ',r.encoding)# print('网页内容: ',r.text)print('网页header:', r.headers)print('网页大小: {:.4} KB, {} bytes.'.format(len(r.content)/(1024), len(r.content)))结果展示：
输入一个网址：
可以看到网页的相关信息，并且将网页下载下来
2.系统时间查询
代码截图与文字解释：
首先编写客户端代码：
指定服务端IP（本机localhost）以及端口（12000），并且建立TCP连接
from socket import *
serverName = 'localhost'
serverPort = 12000print('The client is ready to connect')
print('Client is connecting to {}:{}'.format(serverName, serverPort))# 建立TCP连接
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
clientSocket.connect((serverName, serverPort))
然后开始接受指令信息：
如果指令为非Time/Exit时，显示是非法指令
如果指令为Time/Exit时，向服务端发送指令，并且输出来自服务端的反馈；如果为Exit时，则关闭TCP连接。
while True:command = input('Input your command (Time / Exit):')# 指令为Time / Exitif command == 'Time' or command == 'Exit':# 向服务器发送指令clientSocket.send(command.encode())# 输出来自服务器的信息modifiedSentence = clientSocket.recv(1024)print('From Server: {}'.format(modifiedSentence.decode()))# 指令为EXIT时，结束TCP连接if command == 'Exit':clientSocket.close()break# 非法指令else:print('Invalid command')
然后编写服务端代码：
指定服务端端口为12000，并且开启监听
from socket import *
import timeserverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
serverSocket.bind(('', serverPort))
serverSocket.listen(1)
print('The server is ready to connect')
建立TCP连接监听后，然后开始等待客户端的连接
while True:# 等待客户端连接print('-----------------------------------------------------')print('Waiting for connection...')# 接收客户端连接connectionSocket, addr = serverSocket.accept()print('Connected to {}'.format(addr))pass
建立连接后，接受来自客户端的指令
如果为Time，则返回当前时间
如果为Exit，则返回“BYE”，并关闭连接
while True:# 接收客户端发送的指令，并处理指令command = connectionSocket.recv(1024).decode()print('Received command: {}'.format(command))if command == 'Time':returnMessage = time.asctime(time.localtime(time.time()))elif command == 'Exit':returnMessage = 'Bye'print('Return message: {}'.format(returnMessage))# 向客户端发送信息connectionSocket.send(returnMessage.encode())# 指令为EXIT时，结束TCP连接if command == 'Exit':connectionSocket.close()break
代码汇总：
TCPServer.py
from socket import *
import timeserverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
serverSocket.bind(('', serverPort))
serverSocket.listen(1)
print('The server is ready to connect')
while True:# 等待客户端连接print('-----------------------------------------------------')print('Waiting for connection...')# 接收客户端连接connectionSocket, addr = serverSocket.accept()print('Connected to {}'.format(addr))while True:# 接收客户端发送的指令，并处理指令command = connectionSocket.recv(1024).decode()print('Received command: {}'.format(command))if command == 'Time':returnMessage = time.asctime(time.localtime(time.time()))elif command == 'Exit':returnMessage = 'Bye'print('Return message: {}'.format(returnMessage))# 向客户端发送信息connectionSocket.send(returnMessage.encode())# 指令为EXIT时，结束TCP连接if command == 'Exit':connectionSocket.close()break
TCPClient.py
from socket import *
serverName = 'localhost'
serverPort = 12000print('The client is ready to connect')
print('Client is connecting to {}:{}'.format(serverName, serverPort))# 建立TCP连接
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
clientSocket.connect((serverName, serverPort))while True:command = input('Input your command (Time / Exit):')# 指令为Time / Exitif command == 'Time' or command == 'Exit':# 向服务器发送指令clientSocket.send(command.encode())# 输出来自服务器的信息modifiedSentence = clientSocket.recv(1024)print('From Server: {}'.format(modifiedSentence.decode()))# 指令为EXIT时，结束TCP连接if command == 'Exit':clientSocket.close()break# 非法指令else:print('Invalid command')
结果展示：
Server端：
Client端：
只要不关闭Server端，就可以一直处理Client端的请求
3.网络文件传输
代码截图与文字解释：
首先编写客户端代码：
指定服务端IP（本机localhost）以及端口（12000），并且建立TCP连接
serverName = 'localhost'
serverPort = 12000print('The client is ready to connect')
print('Client is connecting to {}:{}'.format(serverName, serverPort))# 建立TCP连接
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
clientSocket.connect((serverName, serverPort))
建立连接后，服务端会发来可接受文件列表。用户通过输入文件名来选择下载的文件
msg = clientSocket.recv(1024).decode()
filenames = msg.split(',')
print('Choose a file to receive:' + '\n' + '\n'.join(filenames))filename = input('Input the file names you want to receive:')
将需要下载的文件名发送给服务端，如果返回的信息是OK则开始下载并保存在clientData文件夹下，重命名为new+filename，否则则说明文件不存在。
filename = input('Input the file names you want to receive:')
clientSocket.send(filename.encode())response = clientSocket.recv(1024).decode()
if response == 'OK':clientSocket.send('OK'.encode())# 准备开始接收文件print('Receiving the File({})...'.format(filename))# 将文件下载到本地f = open('clientData/new'+filename, 'wb')msg = clientSocket.recv(1024).decode()f.write(msg.encode())f.close()print('File({}) received.'.format(filename))
else:print('File({}) not found.'.format(filename))clientSocket.close()
print('Client is disconnected.')
然后编写服务器端代码：
指定服务端端口为12000，并且开启监听
serverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
serverSocket.bind(('', serverPort))
serverSocket.listen(1)
print('The server is ready to connect')
建立TCP连接监听后，然后开始等待客户端的连接
while True:# 等待客户端连接print('-----------------------------------------------------')print('Waiting for connection...')# 接收客户端连接connectionSocket, addr = serverSocket.accept()print('Connected to {}'.format(addr))
获得Data文件夹下的文件名，并发送给客户端进行选择’
# 获取data文件夹下的文件名filenames = ''for filename in os.listdir('serverData'):filenames += filename + ','connectionSocket.send(filenames[:-1].encode())
接受来自客户端的申请文件名
filename = connectionSocket.recv(1024).decode()print("Receiving the filename: {}.".format(filename))
根据文件名，发送文件或者错误信息
if filename in os.listdir('serverData'):# 申请文件存在print('{} is in the data folder. ✅'.format(filename))connectionSocket.send('OK'.encode())print('Sending the File({})...'.format(filename))file = open('serverData/'+filename, "r")data = file.read()# 客服端准备接收文件msg = connectionSocket.recv(1024).decode()connectionSocket.send(data.encode())print('File({}) sent.'.format(filename))file.close()else:# 申请文件不存在print('{} is not in the data folder. ❌'.format(filename))connectionSocket.send('NO'.encode())connectionSocket.close()print(f"Connection{addr} disconnected.")
代码汇总：
TCPClient.py
from socket import *serverName = 'localhost'
serverPort = 12000print('The client is ready to connect')
print('Client is connecting to {}:{}'.format(serverName, serverPort))# 建立TCP连接
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
clientSocket.connect((serverName, serverPort))msg = clientSocket.recv(1024).decode()
filenames = msg.split(',')
print('Choose a file to receive:' + '\n' + '\n'.join(filenames))filename = input('Input the file names you want to receive:')
clientSocket.send(filename.encode())response = clientSocket.recv(1024).decode()
if response == 'OK':clientSocket.send('OK'.encode())# 准备开始接收文件print('Receiving the File({})...'.format(filename))# 将文件下载到本地f = open('clientData/new'+filename, 'wb')msg = clientSocket.recv(1024).decode()f.write(msg.encode())f.close()print('File({}) received.'.format(filename))
else:print('File({}) not found.'.format(filename))clientSocket.close()
print('Client is disconnected.')
TCPserver.py
from socket import *
import osserverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
serverSocket.bind(('', serverPort))
serverSocket.listen(1)
print('The server is ready to connect')while True:# 等待客户端连接print('-----------------------------------------------------')print('Waiting for connection...')# 接收客户端连接connectionSocket, addr = serverSocket.accept()print('Connected to {}'.format(addr))# 获取data文件夹下的文件名filenames = ''for filename in os.listdir('serverData'):filenames += filename + ','connectionSocket.send(filenames[:-1].encode())filename = connectionSocket.recv(1024).decode()print("Receiving the filename: {}.".format(filename))if filename in os.listdir('serverData'):# 申请文件存在print('{} is in the data folder. ✅'.format(filename))connectionSocket.send('OK'.encode())print('Sending the File({})...'.format(filename))file = open('serverData/'+filename, "r")data = file.read()# 客服端准备接收文件msg = connectionSocket.recv(1024).decode()connectionSocket.send(data.encode())print('File({}) sent.'.format(filename))file.close()else:# 申请文件不存在print('{} is not in the data folder. ❌'.format(filename))connectionSocket.send('NO'.encode())connectionSocket.close()print(f"Connection{addr} disconnected.")结果展示：
首先在Data文件中存放一些文件，clientData为空
下载成功：
下载失败：（文件不存在）
4. 网络聊天室
代码截图与文字解释：
首先编写客户端代码：
建立两个线程，一个线程用于接受信息，一个线程用于发送信息
def __init__(self, name, client_post, server_post):# 初始化self.ClientPort = client_postself.ServerPost = server_postself.udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)self.userName = nameself.thread_rece = Thread(target=self.recv_msg)self.thread_send = Thread(target=self.send_msg)def start(self):# 运行self.udp_socket.bind(self.ClientPort)data_info = self.userName+' -n'self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), self.ServerPost)print(self.getTime(), '系统：您已加入聊天')self.thread_rece.start()self.thread_send.start()self.thread_rece.join()self.thread_send.join()
接受信息：
接受来自服务端发送的信息，如果为exit则关闭TCP连接，否则展示信息。
def recv_msg(self):# 接收信息while True:recv_data, dest_ip = self.udp_socket.recvfrom(1024) # 1024 表示接收最大字节 防止内存溢出if recv_data.decode("gb2312") == 'exit' and dest_ip == self.ServerPost:print(self.getTime(), '客户端已退出')self.udp_socket.close()breakprint(recv_data.decode("gb2312"))
发送信息：
根据输入，发送信息给服务端
def send_msg(self):# 发送信息while True:data_info = input()self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), self.ServerPost)if data_info == 'exit':break
辅助函数：（返回时间）
def getTime(self):# 返回时间return '['+time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())+']'
然后编写服务端代码：
准备以下数据结构记录相关信息
user_name = {} # dict 用户名:ip地址user_ip = {} # dict ip地址:用户名__ServerOpen = True # 服务器开关
建立两个线程，一个线程用于接受信息，一个线程用于发送信息
self.thread_rece = Thread(target=self.recv_msg)self.thread_send = Thread(target=self.send_msg)def start(self):print(self.getTime(), '服务端已启动')self.thread_rece.start()self.thread_send.start()self.thread_rece.join()self.thread_send.join()
- 添加用户
向所有服务端发送新用户加入的信息，并将IP与用户名加入user_name, user_ip中
data_info = self.getTime()+' 系统：'+info_list[0] + '加入了聊天'self.sent_to_all(data_info)self.user_name[info_list[0]] = dest_ipself.user_ip[dest_ip] = info_list[0]
- 发送信息函数
除了直接使用socket.send，还定义了两个其它函数
向非自身客户端发送信息：（用户A发送信息，其他客户端获得信息内容）
# 向所有用户发送消息def sent_to_all_notMe(self, name, data_info):# 广播消息除了指定用户for i in self.user_name.keys():if i != name:self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), self.user_name[i])
向所有客户端发送信息：（系统广播）
# 向所有用户发送消息def sent_to_all(self, data_info):for i in self.user_ip.keys():self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), i)
- 信息处理：
接受来自客户端的信息，并根据信息判断接下来的操作
# 接收信息while True:recv_data, dest_ip = self.udp_socket.recvfrom(1024) # 1024 表示接收最大字节 防止内存溢出
这里我定义了三种信息格式：
message -t name: 发送信息message给name（类似私聊）
message -ta: 将信息message群发给当前聊天室中所有成员
exit: 退出聊天室
因此在收到信息后，我们需要首先对信息进行解析，确认信息为哪一种格式
info_list = str(recv_data.decode("gb2312")).split(' ') # 切割命令
① message -t name
# 向指定用户发送私聊elif info_list[-2] == '-t':if info_list[-1] not in self.user_name.keys(): # 目前查询不到目标用户，向发送用户发起警告data_info = self.getTime()+' 系统：发送失败！用户不存在！'self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), dest_ip)continuedest_port = self.user_name[info_list[-1]] # 接收方端口data_info = self.getTime()+' %s：' % self.user_ip[dest_ip]+' '.join(info_list[:-2]) # 需发送的信息self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), dest_port)
② message -ta
# 向所有用户发送消息elif info_list[-1] == '-ta':name = self.user_ip[dest_ip]data_info = self.getTime()+' %s：' % name + \' '.join(info_list[:-1])self.sent_to_all_notMe(name, data_info)
③ exit
# 用户退出聊天室if str(recv_data.decode("gb2312")) == 'exit':self.udp_socket.sendto('exit'.encode('gb2312'), dest_ip)name = self.user_ip.pop(dest_ip)self.sent_to_all(self.getTime()+' 系统：%s已退出聊天' % name)
- 关闭聊天室
使用__ServerOpen记录聊天室的启动情况
如果服务器关闭，则会首先想所有聊天室发送聊天室关闭的提示
def send_msg(self):while self.__ServerOpen:data_info = input()if data_info == 'exit':self.__ServerOpen = Falseprint(self.getTime(), '服务端关闭中，等待所有用户下线')self.sent_to_all(self.getTime()+' 服务器系统已关闭，请自行下线')break
然后等待所有客户端都退出聊天室后，在关闭连接。
# 服务器关闭后就停止接收客户端信息，等待所有用户退出if not self.__ServerOpen:self.udp_socket.sendto('exit'.encode('gb2312'), dest_ip)# 从用户列表中删除用户name = self.user_ip.pop(dest_ip)self.sent_to_all(self.getTime()+' 系统：%s已退出聊天' % name)# 等待所有用户退出聊天室while len(self.user_ip):recv_data, dest_ip = self.udp_socket.recvfrom(1024)self.udp_socket.sendto('exit'.encode('gb2312'), dest_ip)# 从用户列表中删除用户name = self.user_ip.pop(dest_ip)self.sent_to_all(self.getTime()+' 系统：%s已退出聊天' % name)# 关闭聊天室print(self.getTime(), '服务端已关闭')self.udp_socket.close()break
代码汇总：
server.py
from socket import *
from threading import Thread
import timeclass Server():user_name = {} # dict 用户名:ip地址user_ip = {} # dict ip地址:用户名__ServerOpen = True # 服务器开关def __init__(self, post):self.ServerPort = postself.udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)# 服务器端口self.udp_socket.bind(self.ServerPort)self.thread_rece = Thread(target=self.recv_msg)self.thread_send = Thread(target=self.send_msg)def start(self):print(self.getTime(), '服务端已启动')self.thread_rece.start()self.thread_send.start()self.thread_rece.join()self.thread_send.join()def recv_msg(self):# 接收信息while True:recv_data, dest_ip = self.udp_socket.recvfrom(1024) # 1024 表示接收最大字节 防止内存溢出# 服务器关闭后就停止接收客户端信息，等待所有用户退出if not self.__ServerOpen:self.udp_socket.sendto('exit'.encode('gb2312'), dest_ip)# 从用户列表中删除用户name = self.user_ip.pop(dest_ip)self.sent_to_all(self.getTime()+' 系统：%s已退出聊天' % name)# 等待所有用户退出聊天室while len(self.user_ip):recv_data, dest_ip = self.udp_socket.recvfrom(1024)self.udp_socket.sendto('exit'.encode('gb2312'), dest_ip)# 从用户列表中删除用户name = self.user_ip.pop(dest_ip)self.sent_to_all(self.getTime()+' 系统：%s已退出聊天' % name)# 关闭聊天室print(self.getTime(), '服务端已关闭')self.udp_socket.close()breakprint(self.getTime(), dest_ip, recv_data)info_list = str(recv_data.decode("gb2312")).split(' ') # 切割命令# 用户退出聊天室if str(recv_data.decode("gb2312")) == 'exit':self.udp_socket.sendto('exit'.encode('gb2312'), dest_ip)name = self.user_ip.pop(dest_ip)self.sent_to_all(self.getTime()+' 系统：%s已退出聊天' % name)# 向指定用户发送私聊elif info_list[-2] == '-t':if info_list[-1] not in self.user_name.keys(): # 目前查询不到目标用户，向发送用户发起警告data_info = self.getTime()+' 系统：发送失败！用户不存在！'self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), dest_ip)continuedest_port = self.user_name[info_list[-1]] # 接收方端口data_info = self.getTime()+' %s：' % self.user_ip[dest_ip]+' '.join(info_list[:-2]) # 需发送的信息self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), dest_port)# 新用户注册elif info_list[-1] == '-n':data_info = self.getTime()+' 系统：'+info_list[0] + '加入了聊天'self.sent_to_all(data_info)self.user_name[info_list[0]] = dest_ipself.user_ip[dest_ip] = info_list[0]# 向所有用户发送消息elif info_list[-1] == '-ta':name = self.user_ip[dest_ip]data_info = self.getTime()+' %s：' % name + \' '.join(info_list[:-1])self.sent_to_all_notMe(name, data_info)# 向所有用户发送消息def sent_to_all(self, data_info):for i in self.user_ip.keys():self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), i)# 向所有用户发送消息def sent_to_all_notMe(self, name, data_info):# 广播消息除了指定用户for i in self.user_name.keys():if i != name:self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), self.user_name[i])def getTime(self):return '['+time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())+']'def send_msg(self):while self.__ServerOpen:data_info = input()if data_info == 'exit':self.__ServerOpen = Falseprint(self.getTime(), '服务端关闭中，等待所有用户下线')self.sent_to_all(self.getTime()+' 服务器系统已关闭，请自行下线')breakif __name__ == '__main__':server1 = Server(('127.0.0.1', 12000))server1.start()
client.py
from socket import *
from threading import Thread
import timeclass Client():def __init__(self, name, client_post, server_post):# 初始化self.ClientPort = client_postself.ServerPost = server_postself.udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)self.userName = nameself.thread_rece = Thread(target=self.recv_msg)self.thread_send = Thread(target=self.send_msg)def start(self):# 运行self.udp_socket.bind(self.ClientPort)data_info = self.userName+' -n'self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), self.ServerPost)print(self.getTime(), '系统：您已加入聊天')self.thread_rece.start()self.thread_send.start()self.thread_rece.join()self.thread_send.join()def recv_msg(self):# 接收信息while True:recv_data, dest_ip = self.udp_socket.recvfrom(1024) # 1024 表示接收最大字节 防止内存溢出if recv_data.decode("gb2312") == 'exit' and dest_ip == self.ServerPost:print(self.getTime(), '客户端已退出')self.udp_socket.close()breakprint(recv_data.decode("gb2312"))def send_msg(self):# 发送信息while True:data_info = input()self.udp_socket.sendto(data_info.encode('gb2312'), self.ServerPost)if data_info == 'exit':breakdef getTime(self):# 返回时间return '['+time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())+']'if __name__ == '__main__':Postnum = int(input('我方使用端口号: '))name = input('我方用户名: ')client = Client(name, ('127.0.0.1', Postnum), ('127.0.0.1', 12000))client.start()
结果展示：
首先展示群发功能
这是每个客户端的界面展示，可以看见每个用户都向聊天室发送了一条消息，并成功展示
下方是服务器端的界面展示
然后展示私聊功能
成功：user1向user2发送私聊消息，user3的界面中不会有信息展示
失败：user1向user4发送私聊消息，发现没有该用户
接着随机发送一些消息，并关闭聊天室服务器
服务端：
最后发送exit指令，提示所有用户下线。并且在所有用户下线后，自动结束进程
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