python网络编程：通过socket实现TCP客户端和服务端

写在开头

近期可能会用python实现一些网络安全工具，涉及到许多关于网络的知识，逃不过的就是最基本的socket。本文将介绍如何通过python自带的socket库实现TCP客户端和服务端，实现多个客户端与一个服务端的消息收发，这是网络编程的基础。尽管python有许多第三方库可以创建网络客户端和服务端，但其核心都是socket模块，socket模块提供了许多有关网络连接的接口，可以干很多事情，后续我们还可能基于本文的案例慢慢继续开发，实现一些主机扫描、数据包注入等工具。

socket（套接字）是进程之间进行网络通信的媒介，通信时分为服务端和客户端，可见下图（图来自黑马程序员的python课件）。

socket服务端：被动等待其他进程（客户端）的连接，可以同时连接多个客户端，与之通信实现消息的收发。

socket客户端：主动连接服务端，与服务端通信。

下面我们先实现一个基础的服务端和客户端，实现一个客户端与一个服务端之间的通信。

socket服务端（基础）

首先引入socket模块，并创建socket服务端对象socket_server，此时该对象还无法确定是客户端/服务端，作为服务端，应当绑定一个服务端的主机和端口，这里就以本地"localhost"，端口8888为例，通过.bind方法传入元组。

python 复制代码

import socket
# 创建socket对象
socket_server = socket.socket()
# 绑定ip和端口，表明是服务端
socket_server.bind(("localhost", 8888))

接下来通过listen方法让服务器开始监听，传入一个int整数，表示最大连接数。此处我们实现最基础的情况传入1，仅允许一个客户端连接该服务端。接下来通过accept方法等待客户端的连接，在此之前我们可以通过print打印提示"正在等待客户端连接"。accept方法是一个阻塞是的方法，如果没有客户端连接，程序将一直在这里等待连接。.accept()方法返回一个二元元组(conn, client_addr)，conn表示客户端和服务端的连接对象，client_addr = (client_host, client_port)，我们用两个变量conn和address分别接收：

python 复制代码

# listen方法内接受一个整数传参数，表示接受的连接数量，可不填
socket_server.listen(1)
# 等待客户端连接，accept方法返回二元元组(连接对象, 客户端地址信息)
# accept()方法是阻塞式的方法，如果没有客户端连接，会一直等待，不往下执行
print(f"服务端已开始监听，正在等待客户端连接...")
conn, address = socket_server.accept()
print(f"接收到了客户端的连接，客户端的信息：{address}}")

下面就可以实现数据的收发了，数据的收发基于本次服务端与客户端的连接对象conn，而非socket对象socket_server。这里假设客户端先发来消息，服务端先接收客户端发来的消息，再给客户端发送消息。接收消息使用recv方法，该方法也是阻塞式，只要没有接收到数据就会一直等待。其中的参数是缓冲区大小，通常填1024即可，recv接收到的消息（返回值）是字节流bytes对象，因此还需要通过decode方法解码为字符串：

python 复制代码

data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")

接收完成后，服务端通过send方法发送消息到客户端，同样，也需要将字符串编码为字节流的形式：

python 复制代码

 msg = input("请输入你要回复客户端的消息：")
 conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象

完善一下代码，服务端实现持续的消息接收和发送，直到服务端输入"exit"退出，关闭服务端：

python 复制代码

while True:
    # 接收消息
    data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
    print(f"客户端发来的消息是：{data}")
    # 回复消息
    msg = input("请输入你要回复客户端的消息：")
    if msg == 'exit':
        break
    conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象

最后关闭此次连接即可，并关闭服务端。

python 复制代码

conn.close()
socket_server.close()

完整的服务端socket_server.py代码如下：

python 复制代码

import socket

socket_server = socket.socket()
socket_server.bind(("localhost", 8888))
# 监听端口
socket_server.listen(1)
# 等待客户端连接，accept方法返回二元元组(连接对象, 客户端地址信息)
print(f"服务端已开始监听，正在等待客户端连接...")
conn, address = socket_server.accept()
print(f"接收到了客户端的连接，客户端的信息：{address}}")

# 接受客户端信息，使用客户端和服务端的本次连接对象，而非socket_server
while True:
    # 接收消息
    data: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
    print(f"客户端发来的消息是：{data}")
    # 回复消息
    msg = input("请输入你要回复客户端的消息：")
    if msg == 'exit':
        break
    conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象

# 关闭连接
conn.close()
socket_server.close()

写完了不要着急运行，我们搞定客户端再一起试试。

socket客户端（基础）

客户端的代码和服务端差不多，只不过客户端是主动连接服务器，因此需要.connect方法连接服务器的host和端口，传入元组(服务端主机, 服务端端口号)即可，此处我们传入("localhost", 8888)：

python 复制代码

import socket
# 创建socket对象
socket_client = socket.socket()
# 连接到服务器
socket_client.connect(("localhost", 8888))

接下来实现数据的发送和接收，此处客户端先发送消息给服务端，再接收服务端回复的消息。同样的方法，send方法发送，recv方法接收，注意Bytes字节流和字符串的转换即可：

python 复制代码

while True:
    send_msg = input("请输入要发送给服务端的消息：")
    if send_msg == "exit":
        break
    # 发送消息到服务端
    socket_client.send(send_msg.encode("UTF-8"))
    # 接收服务端的消息
    recv_data = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")    # 1024是缓冲区大小，一般就填1024， recv是阻塞式
    print(f"服务端回复的消息是：{recv_data}")

类似，最后关闭连接：

python 复制代码

# 关闭连接
socket_client.close()

完整的客户端代码socket_client.py如下：

python 复制代码

import socket
# 创建socket对象
socket_client = socket.socket()
# 连接到服务器
socket_client.connect(("localhost", 8888))

while True:
    send_msg = input("请输入要发送给服务端的消息：")
    if send_msg == "exit":
        break
    # 发送消息
    socket_client.send(send_msg.encode("UTF-8"))
    # 接受消息
    recv_data = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")    # 1024是缓冲区大小，一般就填1024， recv是阻塞式
    print(f"服务端回复的消息是：{recv_data}")

# 关闭连接
socket_client.close()

代码完成之后，我们先运行服务端代码socket_server.py，即可实现绑定服务器端口并等待客户端连接：

然后开启客户端，运行socket_client.py即可建立连接：

此时回到刚才的服务端界面，可以发现出现了提示：建立了连接，此次连接的客户端主机是本机127.0.0.1，端口是2133：

在客户端输入消息，即可实现客户端到服务端的消息传送，同理服务端也可以发送数据到客户端：

任意一方输入exit即退出，另一方再发消息，由于连接已经关闭，会出现异常：

这样我们就实现了客户端与服务端的通信，但此时只能有一个客户端连接到服务端，如果想实现多个客户端，就需要修改服务端listen()的参数，允许更多的客户端连接，下面进行讲解。

服务端实现（可连接多个客户端）

这里先直接给出完整的代码server.py：

python 复制代码

import socket
import threading


def create_server_socket(host, port):
    socket_server = socket.socket()
    socket_server.bind((host, port))
    socket_server.listen(5)
    print(f"服务端已启动，地址{host}，端口{port}")
    print(f"正在等待客户端连接...")
    # 开启多线程，收发来自多个客户端的数据
    num = 0     # 标记客户端的编号
    while True:
        num += 1
        conn, address = socket_server.accept()
        print(f"服务端已接受到客户端 {num}号 的连接请求，客户端信息：{address}")
        client_handler = threading.Thread(target=handle_client, args=(conn, address, num))
        client_handler.start()


# 处理收发数据
def handle_client(conn, address, num):
    while True:
        # 接收客户端发来的数据
        data_from_client: str = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
        print(f"客户端 {num}号:{address}发来的消息是：{data_from_client}")
        # 发送消息到客户端
        msg = input(f"请输入你要回复客户端 {num}号:{address}的消息：")
        if msg == 'exit':
            break
        conn.send(msg.encode("UTF-8"))  # encode将字符串编码为字节数组对象
    conn.close()


if __name__ == '__main__':
    server_host = input("请输入服务端Host:")
    server_port = int(input("请输入服务端port:"))
    create_server_socket(server_host, server_port)

其实也没有特别多的变化，通过函数进行了封装，然后修改listen方法，传一个大于1的整数，表示允许更多的客户端连接，此处设置的最大连接数为5。将数据收发的过程封装在函数handle_client中，额外设置了参数num表示这是第几个连接到该服务端的客户端。

当一个客户端成功建立连接的时候（即运行完成conn, address = socket_server.accept()之时），将接收到的客户端socket对象保存在conn变量，远程连接信息（客户端host, 客户端port）保存在address变量，并启动线程指向handle_client函数，传入连接对象conn ，连接信息address和客户端号num。创建好之后，启动该线程。于此同时，服务端create_server_socket中的while True循环也已经准备好处理下一个潜在的客户端连接。

客户端实现

客户端和刚才的其实可以没啥区别，这里重新用函数封装为client1.py好了：

python 复制代码

import socket


def create_client(host, port):
    socket_client = socket.socket()
    socket_client.connect((host, port))
    # 发送、接受数据
    while True:
        msg = input(f"请输入客户端1发送给服务端{host}:{port}的数据：")
        if msg == "exit":
            break
        # 发送数据到服务端
        socket_client.send(msg.encode("UTF-8"))
        # 接收服务端的数据
        data_from_server = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")
        print(f"客户端接收到服务端的消息：{data_from_server}")
    socket_client.close()


if __name__ == '__main__':
    server_host = input("请输入想要连接的服务端Host:")
    server_port = int(input("请输入想要连接的服务端port:"))
    create_client(server_host, server_port)

由于要实现多个客户端的连接，我们可以创建另外一个文件client2.py，代码和client1一样。这里我就用刚才的socket_client.py做示范好了。

数据收发效果

首先运行服务端代码server.py。输入服务端的host（本地localhost）和port（8888），此时服务端就进入了等待客户端连接的状态：

再运行客户端代码client1.py和socket_client.py 输入服务端的host和端口，即可建立连接：

服务端显示连接建立成功，两个连接均已建立：

然后两个连接即可各自实现服务端与客户端的数据收发，注意都是客户端先发送消息，服务端先接收消息。客户端1号client.py如下：

客户端2号socket_server.py运行交互过程如下：

服务端server.py的运行交互过程如下：

任何一端输入exit即可退出，对应的客户端和服务端建立的连接会断开（其他的连接依旧正常通信），比如这里服务端断开与client1的连接，与客户端2 socket_client的通信不受影响：

client1客户端1由于服务端已经端口，异常退出了：

客户端2不受影响：

到这里就实现了多个客户端与服务端的消息传送。当然本文没有考虑如何处理阻塞、如何进行异常处理等细枝末节。后续可能会继续改进，并基于socket基本的通信不断扩展其功能，实现一些简易的网络工具。近期感觉网安就业困难，以后可能还会更新一些大数据相关的内容，敬请期待。如果读者有什么问题也欢迎评论区指出，知无不言。总结不易，还请读者多多点赞关注支持。