第10單元 網(wǎng)絡編程

第10單元網(wǎng)絡編程任務10.1簡易聊天程序任務10.2遙控小畫家學習目標知識目標技能目標素質(zhì)目標

了解計算機網(wǎng)絡的概念。

了解TCP/IP及網(wǎng)絡協(xié)議分層。

掌握IP地址和端口的含義。

掌握Socket網(wǎng)絡編程基本原理和流程步驟。

能夠使用Socket開發(fā)基本的網(wǎng)絡客戶端和服務器端應用。

能夠區(qū)分TCP和UDP兩種編程模型的使用場景。

能夠使用線程實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的收發(fā)工作。

培養(yǎng)標準化的編碼規(guī)范能力。

培養(yǎng)創(chuàng)新能力以及分析問題和解決問題的能力。

培養(yǎng)團隊意識和溝通能力。

培養(yǎng)知識產(chǎn)權和數(shù)據(jù)安全意識。教學內(nèi)容任務10.1簡易聊天程序一、任務描述在一臺計算機上同時運行服務器端A和客戶端B，模擬實現(xiàn)兩個人的聊天過程。B運行后自動連接到A，并向A發(fā)送文字信息。A收到后，回復信息給B，以此重復，直到B發(fā)送給A的內(nèi)容是“bye”時，雙方通信結束。

AB二、相關知識1.計算機網(wǎng)絡的誕生早期隨著個人計算機的普及，計算機之間數(shù)據(jù)交互的過程越來越受到重視，最初，兩臺計算機之間交互數(shù)據(jù)的過程相當煩瑣。計算機網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展（即計算機與計算機之間的通信線路連接），逐步解決了這個問題，這樣人們可以很輕松地即時讀取另一臺計算機中的數(shù)據(jù)，從而極大地縮短了傳輸數(shù)據(jù)的時間。二、相關知識兩個人使用同一種語言交談，他們必然遵循某種特定“規(guī)則”（協(xié)議，比如漢語的語法就是一種協(xié)議）。兩臺計算機可以借助TCP/IP協(xié)議規(guī)則進行通信，以便互發(fā)數(shù)據(jù)。2.TCP/IP網(wǎng)絡通信協(xié)議計算機收發(fā)數(shù)據(jù)通信的過程，與人們在生活中的“信件”收發(fā)相似，這也是TCP/IP協(xié)議的基本原理二、相關知識兩個人使用同一種語言交談，他們必然遵循某種特定“規(guī)則”（協(xié)議，比如漢語的語法就是一種協(xié)議）。兩臺計算機可以借助TCP/IP協(xié)議規(guī)則進行通信，以便互發(fā)數(shù)據(jù)。2.TCP/IP網(wǎng)絡通信協(xié)議（1）寫好信的內(nèi)容并放入信封，對應圖中的步驟①（2）在信封上寫上收信人，對應圖中的步驟②（3）在信封上寫上收信地址，對應圖中的步驟③（4）將信封交給寫信人所在地的郵局，對應圖中的步驟④（5）收信人所在地的郵局收到信件，對應圖中的步驟⑤（6）郵局將信件送往收信地址，對應圖中的步驟⑥（7）郵局工作人員將信件轉交到收信人，對應圖中的步驟⑦（8）收信人拆開信封并閱讀信件內(nèi)容，對應圖中的步驟⑧二、相關知識通過“姓名”或“身份證號”可以標識社會中的每一個人，網(wǎng)絡中的計算機也需要通過某種特定手段來標識，這就是IP地址。為了在一臺機器上識別是哪個程序發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)，使用端口號來對應一個唯一的程序，類似于公司內(nèi)部的電話分機號碼。3.IP地址和端口二、相關知識Socket看作一種網(wǎng)絡間不同計算機上的進程通信的一種方法，簡化了應用層的網(wǎng)絡通信編程。Socket會以符合指定的協(xié)議格式組織數(shù)據(jù)進行收發(fā)工作，這些可以通過調(diào)用用socker庫方便地完成。4.Socket網(wǎng)絡編程在服務器端：（1）創(chuàng)建套接字并綁定到本地IP地址與端口s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)s.bind()（2）開始監(jiān)聽連接s.listen()（3）接受客戶端的連接請求s.accept()（4）接收傳來的數(shù)據(jù)，或者發(fā)送數(shù)據(jù)給對方s.recv()和s.sendall()（5）傳輸完畢后，關閉套接字s.close()在客戶端：（1）創(chuàng)建套接字，連接服務器地址s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)s.connect()（2）連接后發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)s.sendall()和s.recv()（3）傳輸完畢后，關閉套接字s.close()三、任務分析

本任務首先要啟動服務器端A，然后啟動客戶端B并建立到服務器端的通信連接。連接之后，服務器端和客戶端各自持有一個到對方的socket對象，并通過socket對象來收發(fā)數(shù)據(jù)。假定B連接到A后，B先向A發(fā)送一條信息，當B接收到A的回復信息后，整個通信過程就宣告結束。當然，也可以根據(jù)需要調(diào)整A、B互發(fā)消息的步驟。四、任務實現(xiàn)（1）在PyCharm中，選擇“File”→“NewProject…”，在彈出的對話框中將項目命名為“chapter10”，單擊“Create”按鈕，創(chuàng)建新項目。（2）在PyCharm中，右擊左側列表中的項目名稱“chapter10”，選擇“New”→“PythonFile”，在彈出的對話框中將文件命名為“ServerA.py”，按“Enter”鍵，進入代碼編輯界面。（3）在新建的ServerA.py文件中，導入socket庫，設定服務器端監(jiān)聽的IP地址和端口，然后創(chuàng)建一個綁定IP地址和端口的socket對象，再通過listen()啟動對端口的監(jiān)聽，調(diào)用accept()等待客戶端的連接。importsocketip_port=('',9999)sock=socket.socket() #創(chuàng)建套接字sock.bind(ip_port) #綁定服務地址sock.listen(5) #開始監(jiān)聽連接請求print('啟動socket服務，等待客戶端連接...')conn,address=sock.accept() #等待連接，此處會自動阻塞四、任務實現(xiàn)（4）當客戶端連接過來后，需要使用conn來接收客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。下面的代碼用于實現(xiàn)服務器端收到客戶端的數(shù)據(jù)后，回送一個“bye”字符串，然后關閉與客戶端的連接，結束通信。至此，ServerA.py的代碼就完成了。（5）在PyCharm中，右擊左側列表中的項目名稱“chapter10”，選擇“New”→“PythonFile”，在彈出的對話框中將文件命名為“ClientB.py”，按“Enter”鍵，進入代碼編輯界面。data=conn.recv(1024).decode() #接收客戶端信息，1024代表接收緩沖區(qū)大小print("來自%s的客戶端向你發(fā)來信息：%s"%(address,data))conn.sendall('bye'.encode()) #返回信息給客戶端conn.close() #關閉連接四、任務實現(xiàn)（6）在新建的ClientB.py文件中，同樣導入socket庫，設定需要連接的服務器端IP地址和端口（取決于A所在計算機的IP地址和監(jiān)聽的端口），然后創(chuàng)建一個socket對象，調(diào)用connect()函數(shù)連接到服務器。（7）當客戶端成功連接到服務器后，A、B各自“持有”一個能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的socket對象。在這個例子中，客戶端B先向服務器端A發(fā)送一個數(shù)據(jù)，然后等待服務器端A返回一個數(shù)據(jù)，收到A返回的數(shù)據(jù)后即斷開網(wǎng)絡連接。importsocketip_port=('',9999)sock=socket.socket() #創(chuàng)建套接字sock.connect(ip_port) #連接到服務器inp=input("請輸入要發(fā)送的信息：").strip()sock.sendall(inp.encode()) #將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器reply=sock.recv(1024).decode()#等待接收服務器器發(fā)回的數(shù)據(jù)，1024代表接收緩沖區(qū)大小print(reply)sock.close()#關閉連接四、任務實現(xiàn)（8）在服務器端和客戶端的代碼都準備好之后，需要先運行ServerA.py程序，然后運行ClientB.py程序。然后在ClientB輸入需要發(fā)送的信息如“hello”并按“Enter”鍵，此時可以看到ServerA程序運行的終端上顯示“hello”，同時ClientB程序運行的終端上顯示“bye”后結束。四、任務實現(xiàn)（9）上面代碼完成的只是一個最基本的網(wǎng)絡通信過程，只有一次信息交互。如果要實現(xiàn)聊天功能，可以在ServerA和ClientB的代碼中各增加一個循環(huán)，在B向A發(fā)出一個信息后，A同時也給B回一個信息，即“一發(fā)一回”，重復執(zhí)行這個過程，直到B發(fā)出的信息是“bye”時結束循環(huán)。importsocketip_port=('',9999)sock=socket.socket() #創(chuàng)建套接字sock.bind(ip_port) #綁定服務地址sock.listen(5) #開始監(jiān)聽連接請求print('啟動socket服務，等待客戶端連接...')conn,address=sock.accept() #等待連接，此處會自動阻塞whileTrue:#通過一個死循環(huán)不斷接收客戶端的數(shù)據(jù)，并回送信息

data=conn.recv(1024).decode() #接收客戶端信息

print("來自%s的客戶端向你發(fā)來信息：%s"%(address,data))ifdata=="bye":breakinp=input("請輸入要發(fā)送給B的信息：").strip()conn.sendall(inp.encode()) #回送信息給客戶端conn.close() #關閉連接ServerA代碼四、任務實現(xiàn)（9）上面代碼完成的只是一個最基本的網(wǎng)絡通信過程，只有一次信息交互。如果要實現(xiàn)聊天功能，可以在ServerA和ClientB的代碼中各增加一個循環(huán)，在B向A發(fā)出一個信息后，A同時也給B回一個信息，即“一發(fā)一回”，重復執(zhí)行這個過程，直到B發(fā)出的信息是“bye”時結束循環(huán)。importsocketip_port=('',9999)sock=socket.socket() #創(chuàng)建套接字sock.connect(ip_port) #連接到服務器端whileTrue:#通過一個死循環(huán)不斷發(fā)送數(shù)據(jù)給服務器端，并接收回送的信息

inp=input("請輸入要發(fā)送給A的信息：").strip()sock.sendall(inp.encode()) #將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器端

ifinp=="bye":breakreply=sock.recv(1024).decode() #等待接收服務器端返回的數(shù)據(jù)

print(reply)sock.close() #關閉連接ClientB代碼任務10.2遙控小畫家一、任務描述分別編寫客戶端和服務器端程序，使用鼠標在客戶端的窗體中模仿畫筆進行繪圖操作，服務器端則按照客戶端相同的動作進行繪圖。Socket編程通常可分為TCP和UDP兩種，其中TCP是帶連接的可靠傳輸服務，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會被校驗，所以TCP是一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸，這也是使用最廣的通用模式之一。二、相關知識1.Socket詳解UDP是一種無連接的非可靠數(shù)據(jù)傳輸方式，它的工作方式簡單、粗暴，對發(fā)送出去數(shù)據(jù)不加控制和檢查，因為少了一些步驟，所以傳輸速度相比TCP更快，但可能會造成部分數(shù)據(jù)丟失。撥打電話時，要對方確認才能通話信件寄出時對方不知道，可能會丟失二、相關知識2.Socket相關使用方法創(chuàng)建TCPSocket的代碼sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)(1)

socket對象的創(chuàng)建創(chuàng)建UDPSocket的代碼sock=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)二、相關知識(2)socket對象常用方法Socket網(wǎng)絡通信程序運行時，必須服務端先啟動，然后客戶端才能正常連接，兩者順序不能顛倒。二、相關知識(2)socket對象常用方法三、任務分析這項任務要解決兩個問題。1.啟動一個客戶端窗體，使用鼠標指針進行簡單的繪圖操作，類似于Windows畫筆程序；2.將客戶端鼠標指針移動時的坐標值，通過socket發(fā)送給服務器端，然后服務器端按照同樣的坐標進行繪圖，得到和客戶端一樣的軌跡線條，從而實現(xiàn)所謂的“遙控”功能。四、任務實現(xiàn)（1）新建Python文件，設置文件名為“PainterA.py”，導入turtle庫，設置海龜?shù)男螤詈皖伾?。接下來，調(diào)用ondrag()方法將鼠標（即鼠標指針）的“拖動事件”與繪圖函數(shù)綁定，這樣在拖動鼠標時就能夠自動發(fā)出運行繪圖函數(shù)的命令。importturtleast #導入海龜作圖庫t.shape(“turtle”) #設置海龜形狀和畫筆顏色t.color("blue")t.pendown() #設置落筆以便繪圖defmove_turtle(x,y):t.goto(x,y)t.ondrag(move_turtle,1) #1表示鼠標左鍵t.mainloop()四、任務實現(xiàn)（2）為了讓服務器端能夠按照客戶端的軌跡繪圖，需將客戶端窗體上的鼠標指針移動過程中產(chǎn)生的坐標值發(fā)送給服務器端（方便起見，這里給出完整代碼）。importturtleast #導入海龜作圖庫importsocketip_port=('',8888)sock=socket.socket() #創(chuàng)建套接字sock.connect(ip_port) #連接到服務器t.shape("turtle") #設置海龜形狀t.color("blue")t.pendown() #設置落筆以便繪圖defmove_turtle(x,y):t.goto(x,y)xy=(x,y)sock.sendall(xy.__str__().encode())#將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器端

print(xy.__str__())t.ondrag(move_turtle,1) #1表示鼠標左鍵t.mainloop()四、任務實現(xiàn)（3）新建“PainterB.py”文件，監(jiān)聽8888端口接收客戶端發(fā)送來的坐標值。網(wǎng)絡代碼要放在一個線程中，防止因阻塞導致繪圖窗體的代碼無法運行，從而不能顯示繪圖窗體。importturtleastimportsocketimportthreading#導入threading庫defaction():ip_port=('',8888)sock=socket.socket()#創(chuàng)建套接字

sock.bind(ip_port)#綁定服務地址

sock.listen(5)#開始監(jiān)聽連接請求

print('啟動socket服務，等待客戶端連接...')conn,address=sock.accept()#等待連接，此處會自動阻塞

whileTrue:#通過一個死循環(huán)不斷接收客戶端的數(shù)據(jù)，并回送信息

data=conn.recv(1024).decode()#接收客戶端數(shù)據(jù)

print("收到的繪圖坐標：%s"%data)t.goto(100,100)#這里暫不處理坐標，直接將海龜移動至(100,100)位置#創(chuàng)建線程以接收來自客戶端的繪圖指令（即坐標值）四、任務實現(xiàn)（3）新建“PainterB.py”文件，監(jiān)聽8888端口接收客戶端發(fā)送來的坐標值。網(wǎng)絡代碼要放在一個線程中，防止因阻塞導致繪圖窗體的代碼無法運行，從而不能顯示繪圖窗體。（4）現(xiàn)在客戶端和服務器端的功能代碼已經(jīng)初步完成，可以嘗試運行一下這兩個程序。注意，應先啟動服務器端PainterB程序，然后啟動客戶端PainterA程序，進行簡單的繪圖。#創(chuàng)建線程以接收來自客戶端的繪圖指令（即坐標值）thread=threading.Thread(target=action)thread.start()#顯示繪圖窗體t.shape("turtle")t.color("blue")t.pendown()t.mainloop()四、任務實現(xiàn)（5）修改客戶端的程序（PainterA.py），將發(fā)送的坐標值格式修改為類似“10#20,”的形式。在服務器端（PainterB.py）中，按照客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)格式將坐標值解析出來，然后用它去同步更新海龜圖標的位置。defmove_turtle(x,y):t.goto(x,y)xy="{}#{},".format(x,y)sock.sendall(xy.encode())#將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器端

print(xy)①替換PainterA.py程序中的move_turtle()函數(shù)為下面的內(nèi)容四、任務實現(xiàn)defaction():...whileTrue:#通過一個死循環(huán)不斷接收客戶端的數(shù)據(jù)，并回送信息

data=conn.recv(1024).decode()#接收客戶端數(shù)據(jù)

print("收到的繪圖坐標：%s"%data)xys=data.split(",") #將收到的坐標數(shù)據(jù)使用逗號分隔(可能是多組坐標值)forxyinxys:iflen(xy)==0: #忽略空字符串

continuem=xy.split("#") #將每一組坐標值用#號進行分隔

x=float(m[0]) #得到x坐標

y=float(m[1]) #得到y(tǒng)坐標

t.goto(x,y)②替換PainterB.py程序中的action()函數(shù)為下面的內(nèi)容（主要修改了while循環(huán)的代碼）四、任務實現(xiàn)（7）修正之后的服務端和客戶端代碼運行的效果如下。綜合實訓10班級聊天室編程任務項目背景：某班為方便交流，計劃開發(fā)一個類似QQ群功能的聊天程序，以實現(xiàn)多人同時聊天的功能?？紤]到不增加復雜性，所有數(shù)據(jù)交互直接在命令提示符窗口中進行。當在命令提示符窗口中輸入文字信息發(fā)送給服務器時，服務器就把收到的信息轉發(fā)至所有已連接到服務器上的客戶端，從而達到多人群聊的目的。編程任務：根據(jù)背景描述，分別編寫一個客戶端和一個服務器端程序。需要注意的是，每個客戶端輸入的內(nèi)容發(fā)送給服務器端后，服務器端在此充當中轉的角