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本篇文章給大家分享的是有關如何用Python分析TCP服務器與客戶端，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。
「網絡」一直以來都是黑客最熱衷的競技場。數據在網絡中肆意傳播：主機掃描、代碼注入、網絡嗅探、數據篡改重放、拒絕服務攻擊......黑客的功底越深厚，能做的就越多。
Python 作為一種解釋型腳本語言，自 1991 年問世以來，其簡潔、明確、可讀性強的語法深受黑客青睞，特別在網絡工具的編寫上，避免了繁瑣的底層語法，沒有對運行速度的高效要求，使得 Python 成為安全工作者的必備殺手锏。
小編先介紹因特網的核心協議——TCP 協議，再以 Python 的 socket 模塊為例介紹網絡套接字，最后給出 TCP 服務器與客戶端的 Python 腳本，并演示兩者之間的通信過程。
TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）是一種面向連接、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。
TCP 協議的運行分為連接創建（Connection Establishment）、數據傳送（Data Transfer）和連接終止（Connection Termination）三個階段，其中「連接創建」階段是耳熟能詳的 TCP 協議三次握手（TCP Three-way Handshake），也是理解本文 TCP 服務器與客戶端通信過程的階段。
所謂的「三次握手」，即 TCP 服務器與客戶端成功建立通信連接必經的三個步驟，共需通過三個報文完成。
客戶端向服務器發送 SYN 報文（SYN = 1）請求連接。此時報文的初始序列號為 seq = x，確認號為 ack = 0。
服務器接收到客戶端的 SYN 報文后，發送 ACK + SYN 報文（ACK = 1，SYN = 1）確認客戶端的連接請求，并也向其發起連接請求。此時報文的序列號為 seq = y，確認號為 ack = x + 1。
客戶端接收到服務器的 SYN 報文后，發送 ACK 報文（ACK = 1）確認服務器的連接請求。此時報文的序列號為 seq = x + 1，確認號為 ack = y + 1。
對于上述過程的理解，需要注意以下幾點：
報文的功能在 TCP 協議頭的標記符（Flags）區段中定義，該區段位于第 104~111 比特位，共占 8 比特，每個比特位對應一種功能，置 1 代表開啟，置 0 代表關閉。例如，SYN 報文的標記符為 00000010，ACK + SYN 報文的標記符為 00010010。
報文的序列號在 TCP 協議頭的序列號（Sequence Number）區段中定義，該區段位于第 32~63 比特位，共占 32 比特。在「三次握手」過程中，初始序列號 seq 由數據發送方隨機生成。
報文的確認號在 TCP 協議頭的確認號（Acknowledgement Number）區段中定義，該區段位于第 64~95 比特位，共占 32 比特。在「三次握手」過程中，確認號 ack 為前序接收報文的序列號加 1。
為了更方便地理解，下面給出一張 TCP 協議三次握手的示意圖：
Network Socket（網絡套接字）是計算機網絡中進程間通信的數據流端點，廣義上也代表操作系統提供的一種進程間通信機制。
進程間通信（Inter-Process Communication，IPC）的根本前提是能夠唯一標示每個進程。在本地主機的進程間通信中，可以用 PID（進程 ID）唯一標示每個進程，但 PID 只在本地唯一，在網絡中不同主機的 PID 則可能發生沖突，因此采用「IP 地址 + 傳輸層協議 + 端口號」的方式唯一標示網絡中的一個進程。
小貼士：網絡層的 IP 地址可以唯一標示主機，傳輸層的 TCP/UDP 協議和端口號可以唯一標示該主機的一個進程。注意，同一主機中 TCP 協議與 UDP 協議的可以使用相同的端口號。
所有支持網絡通信的編程語言都各自提供了一套 socket API，下面以 Python 3 為例，講解服務器與客戶端建立 TCP 通信連接的交互過程：
腦海中先對上述過程產生一定印象后，更易于理解下面兩節 TCP 服務器與客戶端的 Python 實現。
#!/usr/bin/env python3# -*- coding: utf-8 -*-import socketimport threadingdef tcplink(conn, addr): print("Accept new connection from %s:%s" % addr)
conn.send(b"Welcome!\n")
while True:
conn.send(b"What's your name?")
data = conn.recv(1024).decode()
if data == "exit":
conn.send(b"Good bye!\n")
break conn.send(b"Hello %s!\n" % data.encode())
conn.close()
print("Connection from %s:%s is closed" % addr)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("127.0.0.1", 6000))
s.listen(5)
print("Waiting for connection...")while True:
conn, addr = s.accept()
t = threading.Thread(target = tcplink, args = (conn, addr))
t.start()Line 6：定義一個 tcplink() 函數，第一個 conn 參數為服務器與客戶端交互數據的套接字對象，第二個 addr 參數為客戶端的 IP 地址與端口號，用二元組 (host, port) 表示。
Line 8：連接成功后，向客戶端發送問候信息 "Welcome!\n"。
Line 9：進入與客戶端交互數據的循環階段。
Line 10：向客戶端發送詢問信息 "What's your name?"。
Line 11：接收客戶端發來的非空字符串。
Line 12：如果非空字符串為 "exit"，則向客戶端發送結束信息 "Good bye!\n"，并結束與客戶端交互數據的循環階段。
Line 15：如果非空字符串不為 "exit"，則向客戶端發送問候信息 "Hello %s!\n"，其中 %s 是客戶端發來的非空字符串。
Line 16：關閉套接字，不再向客戶端發送數據。
Line 19：創建 socket 對象，第一個參數為 socket.AF_INET，代表采用 IPv4 協議用于網絡通信，第二個參數為 socket.SOCK_STREAM，代表采用 TCP 協議用于面向連接的網絡通信。
Line 20：向 socket 對象綁定服務器主機地址 ("127.0.0.1", 6000)，即本地主機的 TCP 6000 端口。
Line 21：開啟 socket 對象的監聽功能，等待客戶端的連接請求。
Line 24：進入監聽客戶端連接請求的循環階段。
Line 25：接收客戶端的連接請求，并獲得與客戶端交互數據的套接字對象 conn 與客戶端的 IP 地址與端口號 addr，其中 addr 為二元組 (host, port)。
Line 26：利用多線程技術，為每個請求連接的 TCP 客戶端創建一個新線程，實現了一臺服務器同時與多臺客戶端進行通信的功能。
Line 27：開啟新線程的活動。
#!/usr/bin/env python3# -*- coding: utf-8 -*-import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("127.0.0.1", 6000))
print(s.recv(1024).decode())
data = "client"while True:
if data:
print(s.recv(1024).decode())
data = input("Please input your name: ")
if not data:
continue s.send(data.encode())
print(s.recv(1024).decode())
if data == "exit":
breaks.close()Line 5：創建 socket 對象，第一個參數為 socket.AF_INET，代表采用 IPv4 協議用于網絡通信，第二個參數為 socket.SOCK_STREAM，代表采用 TCP 協議用于面向連接的網絡通信。
Line 6：向 ("127.0.0.1", 6000) 主機發起連接請求，即本地主機的 TCP 6000 端口。
Line 7：連接成功后，接收服務器發送過來的問候信息 "Welcome!\n"。
Line 9：創建一個非空字符串變量 data，并賦初值為 "client"（只要是非空字符串即可），用于判斷是否接收來自服務器發來的詢問信息 "What's your name?"。
Line 10：進入與服務器交互數據的循環階段。
Line 12：當用戶的輸入非空且不等于 "exit"（記為非法字符串）時，則接收服務器發來的詢問信息。
Line 13：要求用戶輸入名字，一條合法字符串即可。
Line 14：當用戶輸入非空，則重新開始循環，要求用戶重新輸入合法字符串。
Line 16：當用戶輸入合法字符串時，則將字符串轉換為 bytes 對象后發送至服務器。
Line 17：接收服務器的響應數據，并將 bytes 對象轉換為字符串后打印輸出。
Line 18：當用戶輸入字符串 "exit" 時，則結束與服務器交互數據的循環階段，即將關閉套接字。
Line 21：關閉套接字，不再向服務器發送數據。
將 TCP 服務器與客戶端的腳本分別命名為 tcp_server.py 與 tcp_client.py，然后存至桌面，筆者將在 Windows 10 系統下用 PowerShell 進行演示。
小貼士：讀者進行復現時，要確保本機已安裝 Python 3，注意筆者已將默認的啟動路徑名
python改為了python3。
在其中一個 PowerShell 中運行命令 python3 ./tcp_server.py，服務器顯示 Waiting for connection...，并監聽本地主機的 TCP 6000 端口，進入等待連接狀態；
在另一個 PowerShell 中運行命令 python3 ./tcp_client.py，服務器顯示 Accept new connection from 127.0.0.1:42101，完成與本地主機的 TCP 42101 端口建立通信連接，并向客戶端發送問候信息與詢問信息，客戶端接收到信息后打印輸出；
若客戶端向服務器發送字符串 Alice 與 Bob，則收到服務器的問候響應信息；
若客戶端向服務器發送空字符串，則要求重新輸入字符串；
若客戶端向服務器發送字符串 exit，則收到服務器的結束響應信息；
客戶端與服務器之間的通信連接已關閉，服務器顯示 Connection from 127.0.0.1:42101 is closed，并繼續監聽客戶端的連接請求。
在其中一個 PowerShell 中運行命令 python3 ./tcp_server.py，服務器顯示 Waiting for connection...，并監聽本地主機的 TCP 6000 端口，進入等待連接狀態；
在另三個 PowerShell 中分別運行命令 python3 ./tcp_client.py，服務器同時與本地主機的 TCP 42719、42721、42722 端口建立通信連接，并分別向客戶端發送問候信息與詢問信息，客戶端接收到信息后打印輸出；
三臺客戶端分別向服務器發送字符串 Client1、Client2、Client3，并收到服務器的問候響應信息；
所有客戶端分別向服務器發送字符串 exit，并收到服務器的結束響應信息；
所有客戶端與服務器之間的通信連接已關閉，服務器繼續監聽客戶端的連接請求。
此小節介紹上述代碼中用到的 socket 模塊內置函數，也是 socket 編程的核心函數。
socket() 函數用于創建網絡通信中的套接字對象。函數原型如下：
socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)
family 參數代表地址族（Address Family），默認值為 AF_INET，用于 IPv4 網絡通信，常用的還有 AF_INET6，用于 IPv6 網絡通信。family 參數的可選值取決于本機操作系統。
type 參數代表套接字的類型，默認值為 SOCK_STREAM，用于 TCP 協議（面向連接）的網絡通信，常用的還有 SOCK_DGRAM，用于 UDP 協議（無連接）的網絡通信。
proto 參數代表套接字的協議，默認值為 0，一般忽略該參數，除非 family 參數為 AF_CAN，則 proto 參數需設置為 CAN_RAW 或 CAN_BCM。
fileno 參數代表套接字的文件描述符，默認值為 None，若設置了該參數，則其他三個參數將會被忽略。
此小節介紹上述代碼中用到的 socket 對象內置函數，也是 socket 編程的常見函數。注意，以下函數原型中的「socket」是指 socket 對象，而不是 socket 模塊。
bind() 函數用于向套接字對象綁定 IP 地址與端口號。注意，套接字對象必須未被綁定，并且端口號未被占用，否則會報錯。函數原型如下：
socket.bind(address)
address 參數代表套接字要綁定的地址，其格式取決于套接字的 family 參數。若 family 參數為 AF_INET，則 address 參數表示為二元組 (host, port)，其中 host 是用字符串表示的主機地址，port 是用整型表示的端口號。
listen() 函數用于 TCP 服務器開啟套接字的監聽功能。函數原型如下：
socket.listen([backlog])
backlog 可選參數代表套接字在拒絕新連接之前，操作系統可以掛起的最大連接數。backlog 參數一般設置為 5，若未設置，系統會為其自動設置一個合理的值。
connect() 函數用于 TCP 客戶端向 TCP 服務器發起連接請求。函數原型如下：
socket.connect(address)
address 參數代表套接字要連接的地址，其格式取決于套接字的 family 參數。若 family 參數為 AF_INET，則 address 參數表示為二元組 (host, port)，其中 host 是用字符串表示的主機地址，port 是用整型表示的端口號。
accept() 函數用于 TCP 服務器接受 TCP 客戶端的連接請求。函數原型如下：
socket.accept()
accept() 函數的返回值是一個二元組 (conn, address)，其中 conn 是服務器用來與客戶端交互數據的套接字對象，address 是客戶端的 IP 地址與端口號，用二元組 (host, port) 表示。
send() 函數用于向遠程套接字對象發送數據。注意，本機的套接字必須與遠程的套接字成功連接后才能使用該函數，否則會報錯。可見，send() 函數只能用于 TCP 進程間通信，而對于 UDP 進程間通信應該用 sendto() 函數。函數原型如下：
socket.send(bytes[, flags])
bytes 參數代表即將發送的 bytes 對象數據。例如，對于字符串 "hello world!" 而言，需要用 encode() 函數轉換為 bytes 對象 b"hello world!" 才能進行網絡傳輸。
flags 可選參數用于設置 send() 函數的特殊功能，默認值為 0，也可由一個或多個預定義值組成，用位或操作符 |隔開。詳情可參考 Unix 函數手冊中的 send(2)，flags 參數的常見取值有 MSG_OOB、MSG_PEEK、MSG_WAITALL 等。
send() 函數的返回值是發送數據的字節數。
recv() 函數用于從遠程套接字對象接收數據。注意，與 send() 函數不同，recv() 函數既可用于 TCP 進程間通信，也能用于 UDP 進程間通信。函數原型如下：
socket.recv(bufsize[, flags])
bufsize 參數代表套接字可接收數據的最大字節數。注意，為了使硬件設備與網絡傳輸更好地匹配，bufsize 參數的值最好設置為 2 的冪次方，例如 4096。
flags 可選參數用于設置 recv() 函數的特殊功能，默認值為 0，也可由一個或多個預定義值組成，用位或操作符 |隔開。詳情可參考 Unix 函數手冊中的 recv(2)，flags 參數的常見取值有 MSG_OOB、MSG_PEEK、MSG_WAITALL 等。
recv() 函數的返回值是接收到的 bytes 對象數據。例如，接收到 bytes 對象 b"hello world!"，最好用 decode() 函數轉換為字符串 "hello world!" 再打印輸出。
close() 函數用于關閉本地套接字對象，釋放與該套接字連接的所有資源。
socket.close()
此小節介紹上述代碼中用到的 threading 模塊內置類，也是 Python 多線程編程的核心。
Thread() 類可以創建線程對象，用于調用 start() 函數啟動新線程。類原型如下：
class threading.Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={}, *, daemon=None)group 參數作為以后實現 ThreadGroup() 類的保留參數，目前默認值為 None。
target 參數代表線程被 run() 函數激活后調用的函數，默認值為 None，即沒有任何函數會被調用。
name 參數代表線程名，默認值為 None，則系統會自動為其命名，格式為「Thread-N」，N 是從 1 開始的十進制數。
args 參數代表 target 參數指向函數的普通參數，用元組（tuple）表示，默認值為空元組 ()。
kwargs 參數代表 target 參數指向函數的關鍵字參數，用字典（dict）表示，默認值為空字典 {}。
daemon 參數用于標示進程是否為守護進程。若設置為 True，則標示為守護進程；若設置為 False，則標示為非守護進程；若設置為 None，則繼承當前父線程的 daemon 參數值。
此小節介紹上述代碼中用到的 threading 對象內置函數，也是多線程編程的必用函數。注意，以下函數原型中的「threading」是指 threading 對象，而不是 threading 模塊。
start() 函數用于開啟線程活動。函數原型如下：
threading.start()
注意，每個線程對象只能調用一次 start() 函數，否則會導致 RuntimeError 錯誤。
以上就是如何用Python分析TCP服務器與客戶端，小編相信有部分知識點可能是我們日常工作會見到或用到的。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關注億速云行業資訊頻道。
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