套接字编程

1. 实验要求

使用 TCP 协议创建一个客户端-服务器聊天程序

服务器能够接受多个客户端连接（不少于5个）
当有一个新的客户与服务器建立连接，服务器端显示该客户的地址和端口号
当有一个客户与服务器断开连接，服务器端显示该客户的地址和端口号
当有一个客户向服务器发送消息，服务器显示来自该客户的信息

2. 实验原理

2.1 套接字

套接字（socket）是网络协议（TCP、UDP）和应用程序之间的接口，用于在计算机之间的数据交换，由ip地址和端口号标识

服务器套接字（server）：用于与客户端套接字建立连接
客户端套接字（client）：先用于与服务器套接字建立连接，然后用于发送和接收数据

2.2 python程序中的变量和函数

address：是一个二元组，(ip, port)
socket(family, type)：返回一个套接字
- family：地址簇，AF_INET 用于 IPv4，AF_INET6 用于 IPv6
- type：类型，SOCK_STREAM 用于 TCP，SOCK_DGRAM 用于 UDP
socket.listen(length)：将一个套接字从非连接模式切换到监听模式，准备接受传入的连接请求，length指定了最大连接数
socket.connect(address)：将客户的套接字连接到服务器
socket.bind(ip, port)：将套接字绑定到指定ip地址和端口，其中ip设置为0.0.0.0表示接受来自任何 IP 地址的数据
socket.accept()：服务器接受客户端的连接请求，返回客户套接字和客户端地址
socket.send(message)：发送数据
socket.recv(buffersize)：返回接收到的数据
encode(string)和decode(string)：实现字符串类型和字节类型之间的转换
socket.close()：关闭套接字，释放相关资源

3. 实验过程

3.1 server.py

from socket import *
import threading

def handle_client(clientSocket, clientAddress):
  print(f"【连接建立】服务器建立与客户端{clientAddress}的连接")
  clientSocket.send("开始与 Dasi 聊天吧！".encode())
  while True:
    try:
      receiveMessage = clientSocket.recv(2048)
      # 客户端申请断连
      if receiveMessage.decode() == '':
        print(f"【连接异常】丢失与客户端 {clientAddress} 的连接")
        break
      if receiveMessage.decode() == 'exit':
        print(f"【连接断开】服务器断开与客户端 {clientAddress} 的连接")
        break
      # 服务器与客户端交互
      else:
        print(f"【接收消息】{clientAddress}: {receiveMessage.decode()}")
        sendMessage = input("【发送消息】")
        clientSocket.send(sendMessage.encode())
    except Exception as e:
      print(f"【连接错误】{clientAddress}抛出信息: {e}")
      break
  # 关闭客户端套接字
  clientSocket.close()

# 服务器套接字配置
serverPort = 12000
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
serverSocket.bind(('0.0.0.0', serverPort))
# 进入监听模式，最大连接数为5
serverSocket.listen(5)
print(f"等待客户端连接...")
while True:
  # 连接到客户端
  clientSocket, clientAddress = serverSocket.accept()
  # 为每个客户端连接创建一个“聊天线程”
  client_thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(clientSocket, clientAddress))
  client_thread.start()

3.2 client.py

from socket import *

# 服务器地址
serverIP = '192.168.56.1'
serverPort = 12000
serverAddress = (serverIP, serverPort)

# 客户端套接字
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
clientSocket.connect(serverAddress)
print(f"连接到{serverAddress}的聊天机器人Dasi")

while True:
  receiveMessage = clientSocket.recv(2048)
  print(f"Dasi: {receiveMessage.decode()}")
  sendMessage = input("你: ")
  clientSocket.send(sendMessage.encode())
  # 客户端主动断连
  if sendMessage == 'exit':
    print(f"断开与{serverAddress}的连接")
    clientSocket.close()
    break