Python 基于 TCP 传输协议的网络通信实现

1、基础概念

什么是网络编程？

指在网络环境中，如何实现不在同一物理位置中的计算机之间进行数据通信

如果要保证数据通信顺利完成，则需要先了解如下几个概念：

1.1 协议

不同计算机内的进程之间进行数据通信时，需要先对数据进行封装或打包后方可以进行传输。所谓协议指通信双方需要共同遵守的数据打包格式。

如同现实世界里邮寄商品一样：

商品相当于要传送给对方的数据：在传输之前，需要商品拥有者对商品进行打包，并在打包时填写上收件人地址、收什人姓名、发件人地址……这是第一次封装，在此次封装过程中遵守的打包格式是由商品打包者完成，这层打包标准可称为应用层标准或应用层协议。
包裹会被物流公司收纳，物流公司每天会收到需要发送至全国各地的包裹，所以，需要再次进行分检，把发送至同一个地区的包裹收纳在一起，并再次进行打包，并按相应的标准进行信息填写。可认为第二次打包的标准是邮局标准或邮局协议．
邮局打包后的包裹会发送至相关的运输部门，运输部门会把从不同邮局收集来的包裹按目的地进行归类打包，再选择不同运输工具进行传输，可选择飞机、货车、火车……这次打包协议可称为传输层协议。

协议是保证数据能被正确传输出去的第一操作要素，互联网上所遵守的协议规范称为 TCP/IP 协议。

1.2 IP 地址

在网络环境中，需要为每一台计算机指定一个地址，这个地址叫 IP 地址，其实 IP 地址是一个逻辑地址，而每一台计算机还有一个物理地址，便是网卡上的 MAC 地址。

IP 地址和 MAC 地址的区别？

MAC 地址相当于你我的身份证号码，是固定、不变的。
IP 地址相当于你我现在处于的落脚地址．有的人在一年之内，可能会在不同城市工作，也就意味着逻辑地址是可以有多个的。

1.3 端口

一台计算机上可以安装多款网络软件，如 QQ、浏览器、网络游戏……

操作系统如何区分同一时刻自于网络的多个数据应该交给哪一个软件处理？

端口相当于操作系统为每一个网络软件分配的一个门牌标识符号，用来把从网络上输入进来的多数据流正确的分流到对应的进程。

当一台计算机向另一台计算机发送数据时:

首先对数据按协议格式进行打包

另需要知道对方计算机的地址且还要知道对应进程所监听的端口号．IP+端口号也称为套接字,或叫 socket

有点类似于拜访朋友时:

先封装一个礼物盒

然后根据朋友告诉自己的地址和门牌号前去拜访

2、TCP 网络编程实现

TCP 是一种传输层协议，是可靠的面向连接的传输层协议.

2.1 服务器端编程

定义一个函数用来进行具体的数据交互,由子线程调用.

import socket   # socket 模块

import  time  #时间模块

import  threading  #线程模块

def session(sock, addr):

    print('欢迎新 %s:%s...' % addr)

    sock.send(b'Welcome!')

    while True:

        data = sock.recv(1024)

        time.sleep(1)

        # 解码数据

        if not data or data.decode('utf-8') == 'exit':

            break

        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8'))

    sock.close()

    print('来自于 %s:%s 连接被关闭.' % addr)

创建 socket 监听对象:

#创建 TCP socket

server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

#监听端口

server.bind(('127.0.0.1',1234))

server.listen(5)

print('服务器正在等待客户的连接……')


建立服务监听套接字,需要指定服务类型:

socket.AF_UNIX	只能够用于单一的Unix系统进程间通信
socket.AF_INET	服务器之间网络通信
socket.AF_INET6	IPv6
socket.SOCK_STREAM	流式socket , for TCP
socket.SOCK_DGRAM	数据报式socket , for UDP
socket.SOCK_RAW	原始套接字，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。
socket.SOCK_SEQPACKET	可靠的连续数据包服务

while True:

    # 接受一个新连接:

    sock, addr = s.accept()

    # 创建新线程来处理TCP连接:

    t = threading.Thread(target=session, args=(sock, addr)) t.start()

当有客户连接后,启动线程完成具体的数据处理.

2.2 客户端编程

客户端代码相对而言较简单.

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 建立连接:

client.connect(('127.0.0.1', 1234))

# 接收欢迎消息:

print(client.recv(1024).decode('utf-8'))

for data in [b'Rose', b'Think', b'Babala']:

    # 发送数据:

    s.send(data)

    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

s.send(b'exit')

s.close()

测试结果：

服务器端

客户端:

3 总结

Python 提供了相关的模块，封装了底层的具体代码逻辑，对于开发者而言，只需要按流程按部就班就可以，如果需要更好的理解整个网络通信的过程，则需要了解相关的网络知识.