python Socket网络编程实现C/S模式和P2P

脚本专栏 2024/11/5 佚名

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C/S模式

由于网络课需要实现Socket网络编程，所以简单实现了一下，C/S模式分别用TCP/IP协议与UDP协议实现，下面将分别讲解。

TCP/IP协议

TCP/IP协议是面向连接的，即客户端与服务器需要先建立连接后才能传输数据，以下是服务器端的代码实现。

服务端：

import socket
from threading import Thread

def deal(sock,addr):
 print('Accept new connection from {}:{}'.format(addr[0],addr[1]))
 sock.send('与服务器连接成功！'.encode('utf-8'))
 while True:
  data = sock.recv(1024).decode('utf-8') #1024为接收数据的最大大小
  print('receive from {}:{} :{}'.format(addr[0],addr[1],data))
  sock.send('信息已成功收到'.encode('utf-8'))

##创建tcp/IPV4协议的socket
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

#为socket绑定端口
s.bind(('127.0.0.1',10240))
#监听端口,参数5为等待的最大连接量
s.listen(5)
print("Waiting for connection...")

while True:
 sock,addr = s.accept()
 t1 = Thread(target=deal,args=(sock,addr))
 t1.start()

#断开与该客户端的连接
sock.close()
s.close()

需要注意的是，服务器在等待客户端连接时，即accept()函数这里是阻塞的，如下代码每次只能接受一个客户端的连接。

while True:
  #接受一个新连接，accept等待并返回一个客户端连接
  sock,addr = s.accept()
  print('Accept new connection from {}:{}'.format(addr[0],addr[1]))
  #给客户端发送消息
  sock.send('连接成功!'.encode('utf-8'))
  while True:
    data = sock.recv(1024).decode('utf-8')  #1024为接收数据的最大大小
    print('receive from {}:{} :{}'.format(addr[0],addr[1],data))
    sock.send('信息已成功收到'.encode('utf-8'))
  #断开与该客户端的连接
  sock.close()

也就是说如果采用以上方式，一个客户端与服务器建立连接后，服务器就会进入一个死循环去收发该客户端的信息，因此需要引入多线程，每与一个客户端建立连接，就为其创建一个线程用于控制信息的收发，这样便可以接受多个客户端的连接了。

客户端：

import socket

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

##建立连接
s.connect(('127.0.0.1',10240))

#接收客户端连接成功服务器发来的消息
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))

while True:
  data = input('发送给服务器:')
  if len(data)>0:
    
    s.send(data.encode('utf-8'))
    print('form sever:{}'.format(s.recv(1024).decode('utf-8')))
s.close()

客户端是比较简单的，需要与服务器建立连接后，再进行收发信息，这里不再赘述了。

UDP协议

UDP协议是面向无连接的，即服务器与客户端不需要提前建立连接，只需要向指定的端口直接发送数据即可。

服务端

import socket

#为服务器创建socket并绑定端口  SOCK_DGRAM指定了socket的类型为udp
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

s.bind(('127.0.0.1',7890))

print('Waiting for data...')
#upd无需监听
while True:
  data,addr = s.recvfrom(1024)
  print('Recevie from {}:{} :{}'.format(addr[0],addr[1],data.decode('utf-8')))
  #sendto的另一个参数为客户端socket地址
  s.sendto('信息已成功收到!'.encode('utf-8'),addr)

客户端

import socket

#为服务器创建socket并绑定端口  SOCK_DGRAM指定了socket的类型为udp
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
while True:
  data = input('发送给服务器:')
  s.sendto(data.encode('utf-8'),('127.0.0.1',7890))
  
  print('Receive from sever:{}'.format(s.recv(1024).decode('utf-8')))

可以看到UDP协议是非常简单的，由于不需要建立连接，所以也不需要创建线程来管理数据的收发。

C/S模式的应用程序

使用PyQt5对以上的程序进行封装，这是基于TCP/IP协议实现的。

服务端

from PyQt5.QtWidgets import (QApplication,QPushButton,
             QWidget,QLineEdit,QTextEdit)
import sys
import socket
from threading import Thread

import datetime

class UI(QWidget):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    self.initUI()
    
  def initUI(self):
    
    #控件
    self.clear_btn = QPushButton('清空内容',self)
    self.text = QTextEdit(self)
    
    #布局
    self.clear_btn.setGeometry(150,400,100,40)
    self.text.setGeometry(20,20,360,370)
    
    self.text.setReadOnly(True)
    
    #信号连接
    self.clear_btn.clicked.connect(self.commit)
    #初始化socket
    self.s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

    ##建立连接
    self.s.bind(('127.0.0.1',10240))
    
    self.s.listen(5)
    self.text.setText("Waiting for connection...")
    self.t = Thread(target = self.recv,args = ())
    self.t.start()
    #主窗口布局
    self.setGeometry(300, 300, 400, 450)
    self.setWindowTitle('Server')
    self.show()
    
    
  def commit(self):
    self.text.clear()
      
  def recv(self):
    while True:
      sock,addr = self.s.accept()
      t1 = Thread(target=self.deal,args=(sock,addr))
      t1.start()
    sock.close()
      
  def deal(self,sock,addr):
    #sock,addr = s.accept()
    self.text.append('Accept new connection from {}:{}'.format(addr[0],addr[1]))
    sock.send('与服务器连接成功！'.encode('utf-8'))
    while True:
      data = sock.recv(1024).decode('utf-8')  #1024为接收数据的最大大小
      self.text.append('[{}] receive from {}:{} :{}'.format(datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),addr[0],addr[1],data))
      sock.send('信息已成功收到'.encode('utf-8'))
    sock.close()
    
  def closeEvent(self,event):
    self.s.close()
    event.accept()

if __name__ == '__main__':
  app = QApplication(sys.argv)
  ex = UI()
  sys.exit(app.exec_())

这里需要注意的是，由于Qt的主程序本身一直处于循环，如果直接阻塞等待客户端连接会导致程序崩溃，因此需要在Qt初始化时创建一个线程用于等待客户端的连接，要想同时多个客户端访问服务器，还需要在连接成功后再创建一个线程单独用于接收该客户端的数据。

客户端

from PyQt5.QtWidgets import (QApplication,QPushButton,
             QWidget,QLineEdit,QTextEdit)
import sys
import socket
from threading import Thread

import datetime

class UI(QWidget):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    self.initUI()
    
  def initUI(self):
    
    #控件
    self.edit = QLineEdit(self)
    self.commit_btn = QPushButton('发送',self)
    self.text = QTextEdit(self)
    
    #布局
    self.edit.setGeometry(20, 410, 280, 30)
    self.commit_btn.setGeometry(310,410,70,30)
    self.text.setGeometry(20,20,360,380)
    
    self.text.setReadOnly(True)
    
    #信号连接
    self.commit_btn.clicked.connect(self.commit)
    #初始化socket
    self.s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

    ##建立连接
    self.s.connect(('127.0.0.1',10240))
    self.text.setText('服务器 [{}]:{}\n'.format(datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),self.s.recv(1024).decode('utf-8')))
    #主窗口布局
    self.setGeometry(300, 300, 400, 450)
    self.setWindowTitle('Client')
    self.show()
    
  def commit(self):
    if len(self.edit.text()):
      text = self.edit.text()
      self.s.send(text.encode('utf-8'))
      self.text.append('本机 [{}]:{}\n'.format(datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),text))
      self.text.append('服务器 [{}]:{}\n'.format(datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),self.s.recv(1024).decode('utf-8')))
      self.edit.clear()
      
  def closeEvent(self,event):
    self.s.close()
    event.accept()
    
  def recv(self):
    while True:
      pass

if __name__ == '__main__':
  app = QApplication(sys.argv)
  ex = UI()
  sys.exit(app.exec_())

客户端还是比较简单，不需要创建线程，在发送按纽点击时触发事件，向服务器发送数据，并将发送的数据与服务器返回的数据显示在textEdit上。

P2P模式

老师说P2P模式就是用两个服务器相互连接通信（我以为是要客户端发送给服务器，服务器再转发给另一个客户端），为了实现方便，直接采用UDP协议，也不用创建那么多线程了。代码如下：

from PyQt5.QtWidgets import (QApplication,QPushButton,
             QWidget,QLineEdit,QTextEdit,QLabel)
import sys
import socket
from threading import Thread

import datetime

class UI(QWidget):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    self.initUI()
    
  def initUI(self):
    
    #控件
    self.edit = QLineEdit(self)
    self.commit_btn = QPushButton('发送',self)
    self.text = QTextEdit(self)
    self.host_label = QLabel('ip地址:',self)
    self.host = QLineEdit(self)
    self.dst_port_label = QLabel('目标端口:',self)
    self.dst_port_edit = QLineEdit(self)
    self.src_port_label = QLabel('本机端口:',self)
    self.src_port_edit = QLineEdit(self)
    self.que_ren_btn = QPushButton('确认',self)
    
    #self.host_label.setStyleSheet("QLabel{font-size:25px}")
    #self.dst_port_label.setStyleSheet("QLabel{font-size:25px}")
    #self.src_port_label.setStyleSheet("QLabel{font-size:25px}")
    #布局
    self.edit.setGeometry(20, 480, 280, 30)
    self.commit_btn.setGeometry(310,480,70,30)
    self.text.setGeometry(20,90,360,380)
    self.host_label.setGeometry(20,20,65,25)
    self.host.setGeometry(90,20,110,25)
    self.dst_port_label.setGeometry(205,20,65,25)
    self.dst_port_edit.setGeometry(275,20,110,25)
    self.src_port_label.setGeometry(20,55,65,25)
    self.src_port_edit.setGeometry(90,55,110,25)
    self.que_ren_btn.setGeometry(205,55,70,25)
    
    self.text.setReadOnly(True)
    
    #信号连接
    self.commit_btn.clicked.connect(self.commit)
    self.que_ren_btn.clicked.connect(self.que_ren)
    #初始化socket
    self.s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

    #主窗口布局
    self.setGeometry(300, 300, 400, 520)
    self.setWindowTitle('Client')
    self.show()
    
  def commit(self):
    if len(self.edit.text()):
      text = self.edit.text()
      self.s.sendto(text.encode('utf-8'),('127.0.0.1',self.dst_port))
      self.text.append('本机 [{}]:\n{}\n'.format(datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),text))
      self.edit.clear()
      
  def closeEvent(self,event):
    self.s.close()
    event.accept()
    
  def recv(self):
    while True:
      data,addr = self.s.recvfrom(1024)
      self.text.append('{}:{}[{}]:\n{}\n'.format(addr[0],addr[1],datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),data.decode('utf-8')))
    
  def que_ren(self):
    self.src_port = int(self.src_port_edit.text())
    self.dst_port = int(self.dst_port_edit.text())
    #绑定ip地址与端口
    self.s.bind(('127.0.0.1',self.src_port))
    #开启接收消息的线程
    self.t = Thread(target=self.recv,args=())
    self.t.start()

if __name__ == '__main__':
  app = QApplication(sys.argv)
  ex = UI()
  sys.exit(app.exec_())

首先需要输入要传送信息的IP地址，以及端口号，以及设置自己的端口号(IP地址没有用到，我设置了是127.0.0.1)，点击确定按钮时触发事件，会为socket绑定端口号，并且创建一个用于接收消息的线程，在点击发送按钮时会触发另一个事件用于发送消息，发送与接收的消息最后会显示在TextEdit上。

注意

这里要统一说明一下，在使用Qt封装后程序会一直循环运行，导致关闭程序时socket也没有关闭（因为我也刚学，不清楚不关闭的后果，可能会占用这个端口一段时间吧），因此需要重写Qt的closeEvent函数，在该函数中进行关闭。

总结

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