TCP编程

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由于TCP连接具有安全可靠的特性，所以TCP应用更为广泛。创建TCP连接时，主动发起连接的叫客户端，被动响应连接的叫服务器。例如，当我们在浏览器中访问明日学院网站时，我们自己的计算机就是客户端，浏览器会主动向明日学院的服务器发起连接。如果一切顺利，明日学院的服务器接收了我们的连接，一个TCP连接就建立起来了，后面的通信就是发送网页内容了。

1  创建TCP服务器

创建TCP服务器的过程，类似于生活中接听电话的过程。如果要接听别人的来电，首先需要购买一部手机，然后安装手机卡。接下来，设置手机为接听状态，最后静等对方来电。

如同上面的接听电话过程一样，在程序中，如果想要完成一个TCP服务器的功能，需要的流程如下：

l  使用socket()创建一个套接字

l  使用bind()绑定IP和port

l  使用listen()使套接字变为可被动连接

l  使用accept()等待客户端的连接

l  使用recv/send()接收发送数据

  实例01  服务器向浏览器发送“Hello World”

例如，使用socket模块，通过客户端浏览器向本地服务器（IP地址为127.0.0.1）发起请求，服务器接到请求，向浏览器发送“Hello World”。具体代码如下： 

# -*- coding:utf-8 -*-

import socket                                  # 导入socket模块

host = '127.0.0.1'                            # 主机IP

port = 8080                                     # 端口号

web = socket.socket()                           # 创建socket对象

web.bind((host,port))                          # 绑定端口

web.listen(5)                                # 设置最多连接数

print ('服务器等待客户端连接...')

# 开启死循环

while True:

    conn,addr = web.accept()                     # 建立客户端连接

    data = conn.recv(1024)                       # 获取客户端请求数据

    print(data)                             # 打印接收到的数据

    conn.sendall(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\nHello World')        # 向客户端发送数据

    conn.close()                             # 关闭连接

运行结果如图7所示。然后打开谷歌浏览器，输入网址：127.0.0.1:8080（服务器IP地址是127.0.0.1，端口号是8080），成功连接服务器以后，浏览器显示“Hello World”。运行结果如图8所示。

图7  服务器接收到的请求

图8  客户端接到的响应

2  创建TCP客户端

TCP的客户端要比服务器简单很多，如果说服务器是需要自己买手机、插手机卡、设置铃声、等待别人打电话流程的话，那么客户端就只需要找一个电话亭，拿起电话拨打即可，流程要少很多。

  实例02  客户端向服务器发送和接收信息

在实例01中，我们使用浏览器作为客户端接收数据，下面，创建一个TCP客户端，通过该客户端向服务器发送和接收消息。创建一个client.py文件，具体代码如下：

import socket                       # 导入socket模块

s= socket.socket()                  # 创建TCP/IP套接字

host = '127.0.0.1'                  # 获取主机地址

port = 8080                        # 设置端口号    

s.connect((host,port))                 # 主动初始化TCP服务器连接

send_data = input("请输入要发送的数据：")        # 提示用户输入数据

s.send(send_data.encode())             # 发送TCP数据

# 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节

recvData = s.recv(1024).decode()

print('接收到的数据为:',recvData)

# 关闭套接字

s.close()

打开2个cmd命令行窗口，先运行实例01中的server.py文件，然后运行client.py文件。接着，在client.py窗口输入“hi”，此时server.py窗口会接收到消息，并且发送“Hello World”。运行结果如图9所示。

图9  客户端和服务器通信效果

3  执行TCP服务器和客户端

在上面的例子中，我们设置了一个服务器和一个客户端，并且实现了客户端和服务器之间的通信。根据服务器和客户端的执行流程，可以总结出TCP客户端和服务器的通信模型，如图10所示。

  实例03  制作简易聊天窗口

既然客户端和服务器可以使用Socket进行通信，那么，客户端就可以向服务器发送文字，服务器接到消息后，显示消息内容并且输入文字返回给客户端。客户接收到响应，显示该文字，然后继续向服务器发送消息。这样，就可以实现一个简易的聊天窗口。当有一方输入“byebye”时，则退出系统，中断聊天。可以根据如下步骤实现该功能。

图10  TCP通信模型

（1）创建server.py文件，作为服务器程序，具体代码如下： 

import socket                               # 导入socket模块

host = socket.gethostname()                 # 获取主机地址

port = 12345                                # 设置端口号  

s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)     # 创建TCP/IP套接字

s.bind((host,port))                     # 绑定地址（host,port）到套接字

s.listen(1)                         # 设置最多连接数量

sock,addr = s.accept()                    # 被动接收TCP客户端连接

print('连接已经建立')

info = sock.recv(1024).decode()                 # 接收客户端数据

while info != 'byebye':                      # 判断是否退出

  if info :

    print('接收到的内容:'+info)

  send_data = input('输入发送内容：')               # 发送消息

  sock.send(send_data.encode())                 # 发送TCP数据

  if send_data =='byebye':                  # 如果发送byebye，则退出

    break

  info = sock.recv(1024).decode()             # 接收客户端数据

sock.close()                         # 关闭客户端套接字

s.close()                            # 关闭服务器套接字

（2）创建client.py文件，作为客户端程序，具体代码如下：

import socket                       # 导入socket模块

s= socket.socket()                  # 创建TCP/IP套接字

host = socket.gethostname()             # 获取主机地址

port = 12345                        # 设置端口号

s.connect((host,port))                 # 主动初始化TCP服务器连接

print('已连接')

info = ''          

while info != 'byebye':                  # 判断是否退出

  send_data=input('输入发送内容：')            # 输入内容

  s.send(send_data.encode())             # 发送TCP数据

  if send_data =='byebye':                # 判断是否退出

    break

  info = s.recv(1024).decode()             # 接收服务器数据

  print('接收到的内容:'+info)

s.close()                         # 关闭套接字

打开2个cmd命令行窗口，分别运行server.py和client.py文件，如图11所示。

图11  服务器和客户端建立连接

接下来，在client.py窗口中，输入“土豆土豆，我是地瓜，收到请回答。over”，然后按下键。此时，在server.py窗口中将显示client.py窗口发送的消息，并提示server.py窗口输入发送内容，如图12所示。

图12  发送消息

当输入“byebye”时，结束对话，如图13所示。

图13  关闭对话