python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

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写在开头

socket服务端(基础)

socket客户端(基础)

服务端实现(可连接多个客户端) 

客户端实现

数据收发效果

写在开头

  近期可能会用python实现一些网络安全工具,涉及到许多关于网络的知识,逃不过的就是最基本的socket。本文将介绍如何通过python自带的socket库实现TCP客户端和服务端,实现多个客户端与一个服务端的消息收发,这是网络编程的基础。尽管python有许多第三方库可以创建网络客户端和服务端,但其核心都是socket模块,socket模块提供了许多有关网络连接的接口,可以干很多事情,后续我们还可能基于本文的案例慢慢继续开发,实现一些主机扫描、数据包注入等工具。

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

socket(套接字)是进程之间进行网络通信的媒介,通信时分为服务端和客户端,可见下图(图来自黑马程序员的python课件)。

socket服务端:被动等待其他进程(客户端)的连接,可以同时连接多个客户端,与之通信实现消息的收发。

socket客户端:主动连接服务端,与服务端通信。

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

下面我们先实现一个基础的服务端和客户端,实现一个客户端与一个服务端之间的通信。

socket服务端(基础)

 首先引入socket模块,并创建socket服务端对象socket_server,此时该对象还无法确定是客户端/服务端,作为服务端,应当绑定一个服务端的主机和端口,这里就以本地"localhost",端口8888为例,通过.bind方法传入元组。

import socket
# 创建socket对象
socket_server = socket.socket()
# 绑定ip和端口,表明是服务端
socket_server.bind(("localhost", 8888))

 接下来通过listen方法让服务器开始监听,传入一个int整数,表示最大连接数。此处我们实现最基础的情况传入1,仅允许一个客户端连接该服务端。接下来通过accept方法等待客户端的连接,在此之前我们可以通过print打印提示“正在等待客户端连接”。accept方法是一个阻塞是的方法,如果没有客户端连接,程序将一直在这里等待连接。.accept()方法返回一个二元元组(conn, client_addr),conn表示客户端和服务端的连接对象,client_addr = (client_host, client_port),我们用两个变量conn和address分别接收:

# listen方法内接受一个整数传参数,表示接受的连接数量,可不填
socket_server.listen(1)
# 等待客户端连接,accept方法返回二元元组(连接对象, 客户端地址信息)
# accept()方法是阻塞式的方法,如果没有客户端连接,会一直等待,不往下执行
print(f"服务端已开始监听,正在等待客户端连接...")
conn, address = socket_server.accept()
print(f"接收到了客户端的连接,客户端的信息:{address}}")

   下面就可以实现数据的收发了,数据的收发基于本次服务端与客户端的连接对象conn,而非socket对象socket_server。这里假设客户端先发来消息,服务端先接收客户端发来的消息,再给客户端发送消息。接收消息使用recv方法,该方法也是阻塞式,只要没有接收到数据就会一直等待。其中的参数是缓冲区大小,通常填1024即可,recv接收到的消息(返回值)是字节流bytes对象,因此还需要通过decode方法解码为字符串:

data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")

     接收完成后,服务端通过send方法发送消息到客户端,同样,也需要将字符串编码为字节流的形式:

 msg = input("请输入你要回复客户端的消息:")
 conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象

    完善一下代码,服务端实现持续的消息接收和发送,直到服务端输入"exit"退出,关闭服务端:

while True:
    # 接收消息
    data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
    print(f"客户端发来的消息是:{data}")
    # 回复消息
    msg = input("请输入你要回复客户端的消息:")
    if msg == 'exit':
        break
    conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象

最后关闭此次连接即可,并关闭服务端。

conn.close()
socket_server.close()

完整的服务端socket_server.py代码如下:

import socket
socket_server = socket.socket()
socket_server.bind(("localhost", 8888))
# 监听端口
socket_server.listen(1)
# 等待客户端连接,accept方法返回二元元组(连接对象, 客户端地址信息)
print(f"服务端已开始监听,正在等待客户端连接...")
conn, address = socket_server.accept()
print(f"接收到了客户端的连接,客户端的信息:{address}}")
# 接受客户端信息,使用客户端和服务端的本次连接对象,而非socket_server
while True:
    # 接收消息
    data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
    print(f"客户端发来的消息是:{data}")
    # 回复消息
    msg = input("请输入你要回复客户端的消息:")
    if msg == 'exit':
        break
    conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象
# 关闭连接
conn.close()
socket_server.close()

 写完了不要着急运行,我们搞定客户端再一起试试。

socket客户端(基础)

   客户端的代码和服务端差不多,只不过客户端是主动连接服务器,因此需要.connect方法连接服务器的host和端口,传入元组(服务端主机, 服务端端口号)即可,此处我们传入("localhost", 8888):

import socket
# 创建socket对象
socket_client = socket.socket()
# 连接到服务器
socket_client.connect(("localhost", 8888))

  接下来实现数据的发送和接收,此处客户端先发送消息给服务端,再接收服务端回复的消息。同样的方法,send方法发送,recv方法接收,注意Bytes字节流和字符串的转换即可:

while True:
    send_msg = input("请输入要发送给服务端的消息:")
    if send_msg == "exit":
        break
    # 发送消息到服务端
    socket_client.send(send_msg.encode("UTF-8"))
    # 接收服务端的消息
    recv_data = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")    # 1024是缓冲区大小,一般就填1024, recv是阻塞式
    print(f"服务端回复的消息是:{recv_data}")

   类似,最后关闭连接:

# 关闭连接
socket_client.close()

   完整的客户端代码socket_client.py如下:

import socket
# 创建socket对象
socket_client = socket.socket()
# 连接到服务器
socket_client.connect(("localhost", 8888))
while True:
    send_msg = input("请输入要发送给服务端的消息:")
    if send_msg == "exit":
        break
    # 发送消息
    socket_client.send(send_msg.encode("UTF-8"))
    # 接受消息
    recv_data = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")    # 1024是缓冲区大小,一般就填1024, recv是阻塞式
    print(f"服务端回复的消息是:{recv_data}")
# 关闭连接
socket_client.close()

   代码完成之后,我们先运行服务端代码socket_server.py,即可实现绑定服务器端口并等待客户端连接:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

     然后开启客户端,运行socket_client.py即可建立连接 :

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

   此时回到刚才的服务端界面,可以发现出现了提示:建立了连接,此次连接的客户端主机是本机127.0.0.1,端口是2133:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端  在客户端输入消息,即可实现客户端到服务端的消息传送,同理服务端也可以发送数据到客户端:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

 任意一方输入exit即退出,另一方再发消息,由于连接已经关闭,会出现异常:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

   这样我们就实现了客户端与服务端的通信,但此时只能有一个客户端连接到服务端,如果想实现多个客户端,就需要修改服务端listen()的参数,允许更多的客户端连接,下面进行讲解。

服务端实现(可连接多个客户端) 

   这里先直接给出完整的代码server.py:

import socket
import threading
def create_server_socket(host, port):
    socket_server = socket.socket()
    socket_server.bind((host, port))
    socket_server.listen(5)
    print(f"服务端已启动,地址{host},端口{port}")
    print(f"正在等待客户端连接...")
    # 开启多线程,收发来自多个客户端的数据
    num = 0     # 标记客户端的编号
    while True:
        num += 1
        conn, address = socket_server.accept()
        print(f"服务端已接受到客户端 {num}号 的连接请求,客户端信息:{address}")
        client_handler = threading.Thread(target=handle_client, args=(conn, address, num))
        client_handler.start()
# 处理收发数据
def handle_client(conn, address, num):
    while True:
        # 接收客户端发来的数据
        data_from_client: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
        print(f"客户端 {num}号:{address}发来的消息是:{data_from_client}")
        # 发送消息到客户端
        msg = input(f"请输入你要回复客户端 {num}号:{address}的消息:")
        if msg == 'exit':
            break
        conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象
    conn.close()
if __name__ == '__main__':
    server_host = input("请输入服务端Host:")
    server_port = int(input("请输入服务端port:"))
    create_server_socket(server_host, server_port)

   其实也没有特别多的变化,通过函数进行了封装,然后修改listen方法,传一个大于1的整数,表示允许更多的客户端连接,此处设置的最大连接数为5。将数据收发的过程封装在函数handle_client中,额外设置了参数num表示这是第几个连接到该服务端的客户端。

    当一个客户端成功建立连接的时候(即运行完成conn, address = socket_server.accept()之时),将接收到的客户端socket对象保存在conn变量,远程连接信息(客户端host, 客户端port)保存在address变量,并启动线程指向handle_client函数,传入连接对象conn,连接信息address和客户端号num。创建好之后,启动该线程。于此同时,服务端create_server_socket中的while True循环也已经准备好处理下一个潜在的客户端连接。

客户端实现

      客户端和刚才的其实可以没啥区别,这里重新用函数封装为client1.py好了:

import socket
def create_client(host, port):
    socket_client = socket.socket()
    socket_client.connect((host, port))
    # 发送、接受数据
    while True:
        msg = input(f"请输入客户端1发送给服务端{host}:{port}的数据:")
        if msg == "exit":
            break
        # 发送数据到服务端
        socket_client.send(msg.encode("UTF-8"))
        # 接收服务端的数据
        data_from_server = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")
        print(f"客户端接收到服务端的消息:{data_from_server}")
    socket_client.close()
if __name__ == '__main__':
    server_host = input("请输入想要连接的服务端Host:")
    server_port = int(input("请输入想要连接的服务端port:"))
    create_client(server_host, server_port)

  由于要实现多个客户端的连接,我们可以创建另外一个文件client2.py,代码和client1一样。这里我就用刚才的socket_client.py做示范好了。

数据收发效果

   首先运行服务端代码server.py。输入服务端的host(本地localhost)和port(8888),此时服务端就进入了等待客户端连接的状态:

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 再运行客户端代码client1.py和socket_client.py 输入服务端的host和端口,即可建立连接:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

服务端显示连接建立成功,两个连接均已建立:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

 然后两个连接即可各自实现服务端与客户端的数据收发,注意都是客户端先发送消息,服务端先接收消息。客户端1号client.py如下:

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   客户端2号socket_server.py运行交互过程如下:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

  服务端server.py的运行交互过程如下:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端   任何一端输入exit即可退出,对应的客户端和服务端建立的连接会断开(其他的连接依旧正常通信),比如这里服务端断开与client1的连接,与客户端2 socket_client的通信不受影响:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

    client1客户端1由于服务端已经端口,异常退出了:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端   客户端2不受影响:

python网络编程:通过socket实现TCP客户端和服务端

   到这里就实现了多个客户端与服务端的消息传送。当然本文没有考虑如何处理阻塞、如何进行异常处理等细枝末节。后续可能会继续改进,并基于socket基本的通信不断扩展其功能,实现一些简易的网络工具。近期感觉网安就业困难,以后可能还会更新一些大数据相关的内容,敬请期待。如果读者有什么问题也欢迎评论区指出,知无不言。总结不易,还请读者多多点赞关注支持。

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