Python网络编程Socket实现服务端与客户端操作详解

本文详细介绍利用Python标准库socket模块进行网络编程的方法，重点演示如何构建服务端与客户端。

文章主要内容概览：

• Socket基础概念解析
• TCP协议示例：
  • TCP协议服务端实现
  • TCP协议客户端实现
• UDP协议示例：
  • UDP协议服务端实现
  • UDP协议客户端实现

文章首次发布于2018-02-08 01:14

后续更新记录：

1. 2018-03-20：重构了文章结构，并补充了UDP通信的相关内容

• Socket（套接字）是网络通信的接口，应用程序通过它向网络发起请求或响应网络请求。
• 网络中两个程序通过双向通信连接交换数据，该连接的一端被称为一个socket。
• 可以将Socket类比为电话线插口，只有当插口连接正确时，通信才能建立。
• 在Python中，使用socket模块进行网络连接的传输操作。

  ---

  • 若使用socket模块创建TCP客户端和服务端，需注意以下细节：
    • 使用Socket前需导入模块：import socket
    • 具体的创建流程见下文示例

  服务端代码示例：

  TCP服务端通常包含以下步骤：建立Socket、绑定IP地址和端口、监听端口、等待连接、接收数据、传输数据以及关闭连接。

  • 建立Socket：server=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)，其中参数默认即为socket.AF_INET和socket.SOCK_STREAM。
  • 绑定端口：server.bind(('IP地址',端口))，注意地址和端口号需组成一个元组（tuple）。
  • 设置监听：server.listen()。
  • 接受连接：conn,addr=server.accept()，该方法返回一个连接实例和一个地址元组，地址为客户端IP，后续数据操作需基于此连接实例进行。
  • 发送数据：conn.send(data)，注意发送的数据必须是字节流，因此字符串需先使用encode()编码。
  • 接收数据：conn.recv(size)，size指定接收的字节数，若需将接收的字节流转换为Unicode字符串，需使用decode()解码。
  • 关闭连接：close()。

  
  import socket
  server=socket.socket()#建立socket
  server.bind(('localhost',1234))#绑定
  server.listen()#监听
  print("开始等待。。。")
  conn,addr=server.accept()#接收连接
  print("连接成功")
  data=conn.recv(1024)#接收数据
  print(data.decode())
  conn.send(data)#发送数据
  server.close()#关闭连接
  print("--------------------")

  • 上述基础代码存在局限：仅能处理一次连接，结束后服务端Socket即关闭。若需支持连续连接，需修改代码以不立即关闭Socket。

  
  #服务器端
  import socket
  server = socket.socket()
  server.bind(('localhost',1234)) #绑定ip和端口
  server.listen(5) #监听
  while True:
    print("开始等待")
    conn, addr = server.accept()
    print(conn, addr)
    print("客户端连接")
    while True:
      data = conn.recv(1024)
      print("recv:",data)
      if not data: #当data=0时为真
        print("连接断开...")
        break
      conn.send(data)
  server.close()

  注意：上述基础代码在Linux系统中可正常运行，但在Windows系统中可能会报错。

  若需在Windows环境下运行，需添加异常捕获机制。

  
  #服务器端
  import socket
  server = socket.socket()
  server.bind(('localhost',1234)) #绑定ip和端口
  server.listen(5) #监听
  while True:
    print("开始等待")
    conn, addr = server.accept()
    print(conn, addr)
    print("客户端连接")
    while True:
      try:
        data = conn.recv(1024)
        print("recv:",data)
        if not data: #当data=0时为真
          print("连接断开...")
          break
        conn.send(data)
      except ConnectionResetError as e:
        print(e)
        break
  server.close()

  客户端代码示例：

  TCP客户端通常包含以下步骤：建立Socket、连接远程服务端Socket、传输数据、接收数据以及关闭连接。

  • 建立Socket：client=socket.socket()。
  • 建立连接：client.connect(('IP地址',端口))，地址和端口号需组成元组。
  • 发送数据：client.send(data)，数据必须为字节流，字符串需先使用encode()编码。
  • 接收数据：client.recv(size)，数据为字节流，需使用decode()转换为Unicode字符串。
  • 关闭连接：close()。

  
  import socket
  client=socket.socket()#建立socket
  client.connect(('localhost',1234))#连接
  client.send("你好".encode())#发送数据
  data=client.recv(1024)#接收数据
  print(data.decode())
  client.close()#关闭连接

  • 上述基础代码存在局限：仅能发送一次数据，发送后连接即断开。若需多次发送数据且不自动断开（前提是服务端支持多次接收），需修改代码。

  
  import socket
  client=socket.socket()
  client.connect(('localhost',1234))
  while True:
    cmd=input(">>")
    if len(cmd)==0:
      continue
    client.send(cmd.encode())
    cmd_res=client.recv(1024)
    print(cmd_res.decode())
  client.close()

  ---

  UDP服务端代码示例：

  UDP服务端通常包含以下步骤：创建Socket、绑定端口、传输数据以及接收数据。

  • 创建Socket：server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)。
  • 绑定端口：server.bind(addr)，其中addr为包含(地址,端口)的元组。
  • 接收数据：data,client_addr=server.recvfrom(1024)。
  • 发送数据：server.sendto(data,client_addr)。

  
  import socket
  import time
  server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
  server.bind(("localhost",1234))
  start_time=time.time()
  while True:
    data,addr=server.recvfrom(1024)
    print(data,addr)
    server.sendto("hello".encode(),addr)
    time.sleep(1)
    if time.time()-start_time>30:
      break
  server.close()

  UDP客户端代码示例：

  UDP客户端通常包含以下步骤：创建Socket、传输数据以及接收数据。

  • 创建Socket：client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)。
  • 发送数据：server.sendto(data,addr)，其中addr为包含(地址,端口)的元组。
  • 接收数据：data,server_addr=client.recvfrom(1024)。

  
  import socket,time
  client=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
  addr=("localhost",1234)
  start_time=time.time()
  while True:
    client.sendto(time.ctime().encode(),addr)
    data,addr= client.recvfrom(1024)
    print(data)
    time.sleep(1)
    if time.time()-start_time>30:
      break
  client.close()

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希望本文所述的代码示例对您的Python程序设计有所帮助。