目錄

寫在前面的話

概覽

環(huán)境

URL請求程序：

2. 系統(tǒng)時間查詢

服務端

T_TCPServer.py代碼

客戶端

T_TCPClient.py代碼

運行效果

3. 網(wǎng)絡文件傳輸

服務端

TF_TCPServer.py代碼

運行效果（后面加了遠程功能，效果圖暫時還在本地）

4. 網(wǎng)絡聊天室

服務端

UDPServer.py代碼

客戶端

UDPClient.py代碼

運行效果

開啟服務器，jennie客戶端和john客戶端陸續(xù)加入群聊

聊天（4欄：服務器，mike,? john, ?jennie）

mike回復消息同樣被轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶

用戶退出

問題及解決：

URL 請求程序

系統(tǒng)時間查詢

網(wǎng)絡文件傳輸

網(wǎng)絡聊天室

實驗心得體會

總結

---

寫在前面的話

這個危，開學初老師曾覺得這個編程實驗可能會勸退我這個小白。emmm熬過來了。上學期有老師說得先自學下Java搞這個，emmm寒假整c++一些個小系統(tǒng)，Java純純學點點寫幾個基本小系統(tǒng)罷了覺得不太可。幸好我的班用python。前年學了點毛皮撿撿還能用，1周速成python，再1周速成個多人聊天室，爬過來就可。

概覽

? UDP與TCP套接字的區(qū)別

? UDP和TCP套接字編程方法

? 簡單網(wǎng)絡應用的編程思路

? 網(wǎng)絡編程相關的一些庫

1. URL 請求程序

2. 系統(tǒng)時間查詢

3. 網(wǎng)絡文件傳輸

4. 網(wǎng)絡聊天室

環(huán)境

? 具有Internet連接的主機, VScode（直接在其終端運行），PowerShell

? 編程語言: python

1. URL請求程序：

請求一個網(wǎng)頁，并存儲為html文件，計算所請求網(wǎng)頁的大小。打印所請求網(wǎng)頁的URL、存儲文件名、文件大小等信息。(圖1 2)

Figure 1 url請求程序

調(diào)用requests庫請求對應url并保存。將url切片獲得文件名，通過os庫獲得文件大小。

Figure 2 保存下來HTML網(wǎng)頁文件

2. 系統(tǒng)時間查詢

? 實現(xiàn)一個基于客戶/服務器的系統(tǒng)時間查詢程序。

? 傳輸層使用TCP。

? 交互過程

1) 客戶端向服務器端發(fā)送字符串Time。

2) 服務器端收到該字符串后，返回當前系統(tǒng)時間。

3) 客戶端向服務器端發(fā)送字符串Exit。

4) 服務器端返回Bye，然后結束TCP連接。

• 服務端

服務端創(chuàng)建TCP協(xié)議的socket套接字進程，端口號為12000，并保持監(jiān)聽狀態(tài)。一旦收到客戶端的連接就從socket套接字中獲取客戶端發(fā)送的消息。 如果收到無效信息回復提示。直到Exit才停止收發(fā)并斷開連接。并可以與另外的客戶端通信。

T_TCPServer.py代碼

from socket import *
import time#獲得系統(tǒng)時間

serverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
serverSocket.bind(('', serverPort))
serverSocket.listen(1)

print('----------------------------------')
print('服務器已經(jīng)準備好連接了')
print('服務器地址為：',serverSocket.getsockname())

while True:
    connectionSocket, addr = serverSocket.accept()
    print('----------------------------------')
    print('接收到一個新連接')
    print('連接地址為：',serverSocket.getsockname())
    print('客戶端地址為：',addr)

    while True:
        request = connectionSocket.recv(1024).decode()
        if request == '':
            continue
        print('收到請求: ', request)
        
        if request == 'Time':
            # 格式化成2016-03-20 11:45:39形式
            now = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()) 
            print('發(fā)送響應：',now)
            connectionSocket.send(('收到當前服務器上系統(tǒng)時間為：'+now).encode())
        elif request == 'Exit':
            print('發(fā)送響應：Bye')
            connectionSocket.send('收到回復：Bye'.encode())
            connectionSocket.close()#結束TCP連接
            break#跳出循環(huán)
        else:
            print('發(fā)送響應：輸入有誤，請重新輸入')
            connectionSocket.send('輸入有誤，請重新輸入'.encode())

• 客戶端

考慮遠程實現(xiàn)，需要手動輸入服務端IP及端口號12000。通過ipconfig查詢，本機IP：192.168.0.107。

T_TCPClient.py代碼

from socket import *

clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
print('1個客戶端正在運行')

serverName = input('請輸入要連接的服務端IP：')
serverPort = int(input('請輸入要連接的服務端的端口號：'))

clientSocket.connect((serverName, serverPort))
print('客戶端地址：',clientSocket.getsockname())
print('連接到',clientSocket.getpeername())

while True:
    request = input('發(fā)送一條請求：')
    clientSocket.send(request.encode())#請求發(fā)送
    modifiedSentence = clientSocket.recv(1024)#回復報文
    print(modifiedSentence.decode())#打印回復
    
    if request == 'Exit':
        clientSocket.close()
        break

• 運行效果

先啟動服務端，再啟動客戶端A連接并交互，發(fā)送“Time”時服務端回復系統(tǒng)時間，發(fā)送“Exit”時回復“Bye”并斷開與客戶端的連接。發(fā)送命令時無效，并回復提示信息。斷開與客戶端A的連接后服務端還可以繼續(xù)與其他客戶端通信。（圖3）?

Figure 3 系統(tǒng)時間查詢

3. 網(wǎng)絡文件傳輸

? 實現(xiàn)一個基于客戶/服務器的網(wǎng)絡文件傳輸程序。

? 傳輸層使用TCP。

? 交互過程

1) 客戶端從用戶輸入獲得待請求的文件名。

2) 客戶端向服務器端發(fā)送文件名。

3) 服務器端收到文件名后，傳輸文件。

4) 客戶端接收文件，重命名并存儲在硬盤。

• 服務端

同樣服務端需要先創(chuàng)建TCP協(xié)議下的與固定端口號綁定的進程套接字socket，并保持監(jiān)聽狀態(tài)等待與客戶端連接。每次發(fā)送文件分組64字節(jié)，直至發(fā)送完畢后關閉連接。引入os庫來查看文件是否存在，并返回提示。

TF_TCPServer.py代碼

from socket import *

clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
print('-----------------------------')
print('客戶端正在運行')

serverName = input('請輸入要連接的服務端IP：')
serverPort = int(input('請輸入要連接的服務端的端口號：'))

clientSocket.connect((serverName, serverPort))
print('客戶端地址：',clientSocket.getsockname())
print('連接到',clientSocket.getpeername())

filename = input('請輸入所請求的文件名：')
clientSocket.send(filename.encode())#請求發(fā)送
print('已發(fā)送文件名 【', filename, '】 至服務器')

modifiedSentence = clientSocket.recv(1024).decode()#回復報文
print(modifiedSentence)#打印回復報文

if modifiedSentence == 'ok':
    file_size = clientSocket.recv(1024).decode()#獲得文件大小
    print('文件大小為：', file_size, ' 字節(jié)')#打印回復報文

    print('-----------------------------')
    f = open(filename, 'wb')#新建待寫入文件

    while True:
        r = clientSocket.recv(64)#每次接收64字節(jié)報文

        if len(r)==0:
            print('-----------------------------')
            print('1個名為 【', filename, '】、大小為 ', file_size, ' 字節(jié)的文件已被保存')
            print('接收完畢！')
            print('-----------------------------')
            break#發(fā)完退出

        print('收到 ', len(r), ' 字節(jié)的數(shù)據(jù)')
        f.write(r)#寫入文件

clientSocket.close()

• 運行效果（后面加了遠程功能，效果圖暫時還在本地）

先啟動好服務器并保持監(jiān)聽狀態(tài)等待連接，在啟動客戶端與服務器建立連接（TCP），發(fā)送所請求傳輸?shù)奈募?。服務器收到文件名后利?/span>os庫查詢是否存在文件。文件不存在返回提示信息并斷開連接。文件存在則開始傳輸每次64字節(jié)的文件分組，直至檢測到待傳輸文件分組為0字節(jié)時停止傳輸，并提示傳輸完畢信息，斷開連接?？蛻舳嗽诿看问盏轿募纸M的時候?qū)⑵浯嬗诳蛻舳吮镜氐耐募Ｖ敝了盏椒纸M為0字節(jié)時確定接收完畢，打印提示信息并關閉連接。

4. 網(wǎng)絡聊天室

? 實現(xiàn)一個基于客戶/服務器的網(wǎng)絡聊天程序。

? 要求實現(xiàn)多個用戶的群聊。要求客戶端打印聊天消息，服務器打印系統(tǒng)信息。

? 傳輸層使用UDP。

? 不要求實現(xiàn)GUI界面。

• 服務端

服務器程序維護一個聊天室用戶字典列表userList來了解聊天室里有哪些用戶(客戶端)，映射關系為IP:name。新用戶到達時加進來，舊用戶離開時刪除。每次用戶發(fā)來消息，通過知道聊天室里有哪些用戶(客戶端)，確定該用戶是否是新用戶。

需要實現(xiàn)的群聊功能是一個用戶發(fā)消息，所有用戶都能收到。相應地，一個客戶端把聊天消息發(fā)給服務器，服務器再將收到的消息轉(zhuǎn)發(fā)給所有客戶端。所以在服務端需要有一個SendUser() 函數(shù)來實現(xiàn)每次收到信息轉(zhuǎn)發(fā)給用戶表內(nèi)全部用戶相同信息的功能。

服務端創(chuàng)建與固定端口號綁定的socket并開啟等待消息，消息有3類：新用戶加入的昵稱消息，‘quit’用戶退出群聊消息，一般聊天消息。

第一類為新用戶加入的昵稱消息。如果所收到客戶端的IP是用戶字典里不存在的，則可判斷為新用戶且發(fā)送過來的消息為他的昵稱?；貜蜌g迎并將新用戶加入消息轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶（用戶字典里的）。

第二類“quit”消息。當用戶發(fā)送“quit”時，用戶退出群聊，服務端斷開與其的連接并將該消息轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶。

第三類一般聊天消息。如果所接受消息并非上面2類，就可判斷其為一般聊天消息，服務器需要將其加上用戶名轉(zhuǎn)發(fā)給用戶字典里的全部用戶。用戶名可通過消息的IP地址在用戶字典里查詢到。

UDPServer.py代碼

from socket import *

userList = {} #創(chuàng)建userList(map ip:name)

def SendUsers(userList, data):#將數(shù)據(jù)發(fā)送給全部用戶
    for user in userList:
        serverSocket.sendto(data.encode(), user)
        print('發(fā)送給 ', user, ' ---> ',data)

serverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
serverSocket.bind(('', serverPort))
print('服務器已經(jīng)準備好接收了')

while True:
    message, clientAddress = serverSocket.recvfrom(2048)
    m = message.decode()#解碼報文
    print('收到來自 ', clientAddress, ' 的信息 ---> ', m)

    #如果所接收用戶地址不在，則為新用戶，加入列表
    if not clientAddress in userList:
        userList[clientAddress] = m
        SendUsers(userList, m + ' 已經(jīng)加入群聊！')
    elif m == 'quit':#
        SendUsers(userList, userList[clientAddress]+' 已經(jīng)離開群聊！')
        del userList[clientAddress]
    else:#聊天
        SendUsers(userList, userList[clientAddress]+':'+m )

• 客戶端

客戶端為了保證收發(fā)同時，需要兩個線程實現(xiàn)的。一個線程Receive() 負責接收并顯示消息，另一個線程Send() 負責獲取輸入和發(fā)送消息。Python里threading庫可以實現(xiàn)多線程編程。

UDPClient.py代碼

from socket import *
import threading#多線程
import time

#發(fā)送函數(shù)線程
def Send(clientSocket, serverName, serverPort):
    while True:
        m = input()
        clientSocket.sendto(m.encode(), (serverName, serverPort))
        if m == 'quit':
            time.sleep(1)#延時1秒再關閉連接，避免收發(fā)線程沖突
            clientSocket.close()#發(fā)送退出則斷開連接并跳出循環(huán)
            break

#接收函數(shù)線程
def Receive(clientSocket):
    while True:
        try:    # 利用 close 作為退出標志
            modifiedMessage, serverAddress = clientSocket.recvfrom(2048)
            print(modifiedMessage.decode())
        except:
            break

serverName = 'localhost'
serverPort = 12000

clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)#創(chuàng)建客戶端進程套接字

#發(fā)送昵稱給服務器
name = input('請輸入昵稱:') 
clientSocket.sendto(name.encode(), (serverName, serverPort))

print('歡迎', name, '，輸入 <quit> 退出群聊！')

#創(chuàng)建接收進程并啟動
th_Send = threading.Thread(target=Send, args=(clientSocket, serverName, serverPort))
th_Receive = threading.Thread(target=Receive, args=(clientSocket,))
th_Send.start()
th_Receive.start()

• 運行效果

總體效果

• 開啟服務器，jennie客戶端和john客戶端陸續(xù)加入群聊

服務器先開啟，jennie客戶端先發(fā)送昵稱加入消息，服務器收到消息并將jennie加入用戶字典并向jennie回復歡迎信息，并將新用戶加入消息轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶（當前用戶字典僅有jennie）。接下來john加入，同樣的過程，這時全部用戶（jennie,john）同時收到轉(zhuǎn)發(fā)消息，后面還有Mike加入下圖未展示（左：服務器，中:john客戶端2，右:jennie客戶端1）

• 聊天（4欄：服務器，mike,? john, ?jennie）

?? ?jennie先發(fā)送消息“你們知道那時候可以會深大嗎”，服務器收到消息后通過查詢用戶字典知道jennie為老用戶，發(fā)送的是一般聊天信息，則會加上jennie昵稱把該消息轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶（用戶字典里：jennie, john, mike）,全部用戶客戶端可以收到該條消息。

• mike回復消息同樣被轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶

• 用戶退出

??? 用戶在發(fā)送‘quit’給服務器后，服務器會將信息該用戶退出信息轉(zhuǎn)發(fā)給全部用戶，而該用戶也會等待1s后（避免與receive線程沖突）在關閉客戶端連接。如圖中mike退出。

??? mike退出后其他用戶繼續(xù)聊天，服務器也繼續(xù)接收。

問題及解決：

• URL 請求程序

  • 在創(chuàng)建文件名名時可以直接通過接受的url字符串切片獲得。
  • 可通過os庫的相關功能獲得文件大小

• 系統(tǒng)時間查詢

• 在“系統(tǒng)時間查詢”實驗部分中，我發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)遠程就必須添加服務器地址的輸入。也必須獲得本機IP。通過ipconfig查詢，本機IP：192.168.0.107
• 通過socket庫的getsockname() 函數(shù)可獲得本地進程IP地址和端口號，getpeername() 獲得所連接的遠程服務端的地址和端口號。
• 利用time庫獲得格式化系統(tǒng)時間表達。

• 網(wǎng)絡文件傳輸

  • 通過文件分組的大小是否為0判斷是否文件發(fā)送完畢。
  • 利用os庫判斷文件是否存在

• 網(wǎng)絡聊天室

  • 顯示套接字不可以作為線程函數(shù)參數(shù)，經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)線程參數(shù)接受的是元組，需要在參數(shù)參數(shù)后面加‘，’代表這是個元組。
  • 某一個用戶退出時，服務器顯示某個遠程主機強制斷開連接報錯，而代碼里我在用戶發(fā)送‘quit’后就斷開該客戶端，可能會導致后續(xù)客戶端繼續(xù)收服務器信息的receive線程出現(xiàn)問題，所以為了避免沖突我在用戶發(fā)送‘quit’后等待1s再關閉客戶端連接，避免客戶端receive線程發(fā)生沖突，問題也解決了。

實驗心得體會

通過本次實驗，學會通過python的requests庫來完成url請求并獲得網(wǎng)頁文件和相關信息。同時可利用os庫獲取文件具體信息。

我加深關于TCP/UDP套接字的認識，了解了他們的區(qū)別，比如TCP套接字連接后服務端就可以保持監(jiān)聽狀態(tài)，創(chuàng)建連接后的短期內(nèi)通信與同一客戶端無需再次連接。而UDP并無嚴格意義的連接過程，服務端也沒有監(jiān)聽的概念。

另外我通過該次試驗，初步學習了socket編程方法，通過套接字的創(chuàng)建實現(xiàn)服務端與客戶端基于TCP/UDP協(xié)議的進程通信，實現(xiàn)文件傳輸。

學會了基于此再利用多線程編程的知識即可實現(xiàn)多人聊天功能，比如在這里通過利用python的threading庫實現(xiàn)客戶端的收發(fā)雙線程并發(fā)通信。注意的是當客戶端準備關閉連接的時候，需等待一段時間避免接收線程由于管道的提前關閉而導致出錯。?

總結

我們可以通過python的requests庫來完成url請求并獲得網(wǎng)頁文件和相關信息。

通過套接字的創(chuàng)建實現(xiàn)服務端與客戶端基于TCP/UDP協(xié)議的進程通信，實現(xiàn)文件傳輸。

基于此再利用多線程編程的知識即可實現(xiàn)多人聊天功能，比如在這里通過利用python的threading庫實現(xiàn)客戶端的收發(fā)雙線程并發(fā)通信。注意的是當客戶端準備關閉連接的時候，需等待一段時間避免接收線程由于管道的提前關閉而導致出錯。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-430039.html

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