Python实验：Socket编程

实验六 Socket 编程

一、实验目标：

了解TCP协议原理、标准库socket 的用法、熟悉Socket 编程。

1.TCP协议原理：

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于流的协议，用于在计算机网络中传输数据。它是互联网协议套件中的一部分，通常与IP（Internet Protocol，互联网协议）一起使用，形成TCP/IP协议栈。

1. 面向连接：TCP是一种面向连接的协议，这意味着在数据传输之前需要在通信的两端建立连接。建立连接的过程包括三次握手，确保双方都能够正确通信。
2. 可靠性：TCP提供可靠的数据传输。它使用序号和确认机制来确保数据的可靠传输。每个数据包都有一个唯一的序号，接收端会发送确认来告诉发送端已成功接收数据。如果发送端没有收到确认，它将重传数据，直到确认被接收。
3. 流控制：TCP使用流控制机制来控制数据的发送速率，以确保接收端不会被过多的数据淹没。这是通过TCP窗口大小来实现的，接收端告诉发送端它可以接收多少数据，以避免数据丢失或过载。
4. 拥塞控制：TCP也具有拥塞控制机制，用于防止网络拥塞。它使用拥塞窗口来限制数据发送速率，以适应网络的容量，避免过多的数据导致拥塞。
5. 有序数据传输：TCP保证数据包的有序传输。即使数据包在传输过程中乱序到达，接收端会按照正确的顺序将它们重新排序。
6. 双工通信：TCP支持全双工通信，这意味着双方可以同时发送和接收数据，而不需要等待对方的响应。
7. 数据分段：TCP将数据分成适当的数据段，并在每个数据段中添加头部信息，包括序号、确认号、标志位等，以便进行数据传输和控制。
8. 错误检测和纠正：TCP包含校验和机制，用于检测传输过程中的错误。如果数据包被损坏，它将被丢弃，要求重传。

2.标准库socket的用法

​ 1.创建一个TCP服务器套接器：

import socket

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 使用IPv4和TCP协议
server_socket.bind(("0.0.0.0", 8888))  # 绑定套接字到指定的端口
server_socket.listen(5)  # 开始监听客户端连接，设置连接队列的大小为5

​ 2.创建一个TCP客户端套接字：

import socket

# 创建一个TCP客户端套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接到服务器
client_socket.connect(("server_ip", 8888))

​ 3.接受客户端连接和处理：

import socket

# 创建一个TCP服务器端套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("0.0.0.0", 8888)
server_socket.listen(5)

# 接受客户端连接
client_socket, client_address = server_socket.accept()

# 处理客户端请求
data = client_socket.recv(1024)
client_socket.send("Hello, Client!".encode('utf-8'))

# 关闭套接字连接
client_socket.close()

​ 4.发送和接收数据：

import socket

# 创建一个TCP客户端套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(("server_ip", 8888))

# 发送数据到服务器
client_socket.send("Hello, Server!".encode('utf-8'))

# 从服务器接收数据
data = client_socket.recv(1024)
print(data.decode('utf-8'))

# 关闭客户端套接字连接
client_socket.close()

二、实验内容：

（1） 使用TCP协议实现智能聊天机器人。编写聊天程序的服务端代码和客户端代码。完成后，先启动服务端代码，然后启动客户端程序用输入问题，服务端可以返回相应的答案。要求服务端代码具有一定的智能，能够根据不完整的问题识别客户端真正要问的问题。（问题和答案是预先定义好的）要求支持多线程。

服务端代码：

import socket
import threading  # 用于处理多个客户端连接的多线程支持
import re
question_anwers = {
    '你好': "你好，有什么可以帮助你的吗？",
    "现在几点了":"现在20:46",
    "你叫什么名字": "我叫chatGBT",
    "你会做什么": "我会回答一些基本问题",
    "再见": "再见，愚蠢的人类",
    "天气查询": "今天最高温度达到27℃",
    "时间查询": "请看右下角"
}

def identify_intension(question):
    question = question.lower()
    if re.search("天气",question):
        return "天气查询"
    if re.search("时间",question):
        return "时间查询"
    if re.search("你会什么",question):
        return "你会做什么"
    if re.search("你叫什么",question):
        return "你叫什么名字"
    if re.search("你是",question):
        return "你叫什么名字"
    if re.search("几点了",question):
        return "现在几点了"
    for key in question_anwers: #模糊匹配
        if key in question:
            return key

def handle_client(client_socket):
    while True:
        question = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
        if not question:
            break
        intension = identify_intension(question)
        if intension in question_anwers:
            answer = question_anwers[intension]
        else:
            answer="我不知道怎么回答这个问题"
        client_socket.send(answer.encode('utf-8'))
    client_socket.close()

def main():
    server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建服务器套接字，使用IPv4协议和TCP协议
    server.bind(("0.0.0.0", 8888))
    server.listen(5)
    print("服务器已启动，等待连接……")
    while True:
        client_socket, addr = server.accept()
        print("接收到的连接来自 %s:%s" % (addr[0], addr[1]))
        client_handler = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket,))
        client_handler.start()

if __name__ == '__main__':
    main()

客户端代码：

import socket
def main():
    client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    client.connect(("127.0.0.1",8888))
    while True:
        question = input("请输入你的问题（或输入exit以退出）")
        if question.lower()=='exit':
            break
        client.send(question.encode('utf-8'))
        response = client.recv(1024).decode('utf-8')
        print(response)
    client.close()
if __name__=="__main__":
    main()

---

(2) 使用UDP协议打造在线时间服务器。服务端监听特定的端口，如果收到客户端发来的请求就把服务器上的当前时间发给客户端，而客户端收到时间之后立刻打印输出。

服务端：

import socket
import time
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server_address = ("0.0.0.0", 8888)
server_socket.bind(server_address)

print("时间服务器已启动，等待请求...")

while True:
    data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)
    if data.decode('utf-8') == "时间":
        current_time = time.ctime()
        server_socket.sendto(current_time.encode('utf-8'), client_address)

客户端：

import socket

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server_address = ("127.0.0.1", 8888)
request = "时间"
client_socket.sendto(request.encode('utf-8'), server_address)
# 接收服务器的时间响应
data, server_address = client_socket.recvfrom(1024)
print("服务器时间:", data.decode('utf-8'))

（3） 使用socketserver模块建立基于tcp协议通信的服务，收到客户端发来的英文字符串之后，将其变为大写发回客户端。

服务端代码：

import socketserver

class MyTCPhandler(socketserver.BaseRequestHandler):  # 定义一个自定义的处理器类
    def handle(self):
        while True:  # 持续接收
            try:
                data = self.request.recv(1024)  # 从客户端接受数据
                print('收到客户端的消息: ', data)  # 打印接收的数据
                self.request.send(data.upper())  # 转换成大写发送到客户端
            except ConnectionResetError:  # 如果连接异常，就退出
                break
        self.request.close()

if __name__ == '__main__':
    server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8888), MyTCPhandler)
    print("服务端已启动")
    server.serve_forever()

客户端代码：

from socket import *

client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8888))
# 通信循环
print("客户端已启动，输入exit()退出")
while True:

    data = input("请输入要发送的数据:")
    if data == 'exit()':
        break
    client.send(data.encode('utf-8'))
    Data = client.recv(1024)
    print(Data)
client.close()

（4） 编写代码对网络上的ip地址进行端口扫描，收集“ip+开放端口”信息。进一步的，尝试了解和使用流行的网络扫描工具进行扫描，如zmap，nmap，并写出使用过程和扫描结果。

python实现：

import socket

def scan_port(ip):
    for port in range(1, 1000):
        p = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        p.settimeout(0.1)
        respond = p.connect_ex((ip, port))
        if respond == 0:
            print(f"主机{ip},端口{port}已开放")
        p.close()
    print("扫描完毕")

target_host = input("请输入ip：")
scan_port(target_host)

尝试扫描 baidu.com

先ping一下baidu.com

然后进行端口扫描：

Nmap扫描：

尝试扫描 github.com