实验六 Socket 编程
一、实验目标：
了解TCP协议原理、标准库socket 的用法、熟悉Socket 编程。
1.TCP协议原理：
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于流的协议，用于在计算机网络中传输数据。它是互联网协议套件中的一部分，通常与IP（Internet Protocol，互联网协议）一起使用，形成TCP/IP协议栈。
- 面向连接：TCP是一种面向连接的协议，这意味着在数据传输之前需要在通信的两端建立连接。建立连接的过程包括三次握手，确保双方都能够正确通信。
- 可靠性：TCP提供可靠的数据传输。它使用序号和确认机制来确保数据的可靠传输。每个数据包都有一个唯一的序号，接收端会发送确认来告诉发送端已成功接收数据。如果发送端没有收到确认，它将重传数据，直到确认被接收。
- 流控制：TCP使用流控制机制来控制数据的发送速率，以确保接收端不会被过多的数据淹没。这是通过TCP窗口大小来实现的，接收端告诉发送端它可以接收多少数据，以避免数据丢失或过载。
- 拥塞控制：TCP也具有拥塞控制机制，用于防止网络拥塞。它使用拥塞窗口来限制数据发送速率，以适应网络的容量，避免过多的数据导致拥塞。
- 有序数据传输：TCP保证数据包的有序传输。即使数据包在传输过程中乱序到达，接收端会按照正确的顺序将它们重新排序。
- 双工通信：TCP支持全双工通信，这意味着双方可以同时发送和接收数据，而不需要等待对方的响应。
- 数据分段：TCP将数据分成适当的数据段，并在每个数据段中添加头部信息，包括序号、确认号、标志位等，以便进行数据传输和控制。
- 错误检测和纠正：TCP包含校验和机制，用于检测传输过程中的错误。如果数据包被损坏，它将被丢弃，要求重传。
2.标准库socket的用法
1.创建一个TCP服务器套接器：
import socket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 使用IPv4和TCP协议
server_socket.bind(("0.0.0.0", 8888)) # 绑定套接字到指定的端口
server_socket.listen(5) # 开始监听客户端连接，设置连接队列的大小为5
2.创建一个TCP客户端套接字：
import socket
# 创建一个TCP客户端套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接到服务器
client_socket.connect(("server_ip", 8888))
3.接受客户端连接和处理：
import socket
# 创建一个TCP服务器端套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("0.0.0.0", 8888)
server_socket.listen(5)
# 接受客户端连接
client_socket, client_address = server_socket.accept()
# 处理客户端请求
data = client_socket.recv(1024)
client_socket.send("Hello, Client!".encode('utf-8'))
# 关闭套接字连接
client_socket.close()
4.发送和接收数据：
import socket
# 创建一个TCP客户端套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(("server_ip", 8888))
# 发送数据到服务器
client_socket.send("Hello, Server!".encode('utf-8'))
# 从服务器接收数据
data = client_socket.recv(1024)
print(data.decode('utf-8'))
# 关闭客户端套接字连接
client_socket.close()
二、实验内容：
（1） 使用TCP协议实现智能聊天机器人。编写聊天程序的服务端代码和客户端代码。完成后，先启动服务端代码，然后启动客户端程序用输入问题，服务端可以返回相应的答案。要求服务端代码具有一定的智能，能够根据不完整的问题识别客户端真正要问的问题。（问题和答案是预先定义好的）要求支持多线程。
服务端代码：
import socket
import threading # 用于处理多个客户端连接的多线程支持
import re
question_anwers = {
'你好': "你好，有什么可以帮助你的吗？",
"现在几点了":"现在20:46",
"你叫什么名字": "我叫chatGBT",
"你会做什么": "我会回答一些基本问题",
"再见": "再见，愚蠢的人类",
"天气查询": "今天最高温度达到27℃",
"时间查询": "请看右下角"
}
def identify_intension(question):
question = question.lower()
if re.search("天气",question):
return "天气查询"
if re.search("时间",question):
return "时间查询"
if re.search("你会什么",question):
return "你会做什么"
if re.search("你叫什么",question):
return "你叫什么名字"
if re.search("你是",question):
return "你叫什么名字"
if re.search("几点了",question):
return "现在几点了"
for key in question_anwers: #模糊匹配
if key in question:
return key
def handle_client(client_socket):
while True:
question = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
if not question:
break
intension = identify_intension(question)
if intension in question_anwers:
answer = question_anwers[intension]
else:
answer="我不知道怎么回答这个问题"
client_socket.send(answer.encode('utf-8'))
client_socket.close()
def main():
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 创建服务器套接字，使用IPv4协议和TCP协议
server.bind(("0.0.0.0", 8888))
server.listen(5)
print("服务器已启动，等待连接……")
while True:
client_socket, addr = server.accept()
print("接收到的连接来自 %s:%s" % (addr[0], addr[1]))
client_handler = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_socket,))
client_handler.start()
if __name__ == '__main__':
main()
客户端代码：
import socket
def main():
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
client.connect(("127.0.0.1",8888))
while True:
question = input("请输入你的问题（或输入exit以退出）")
if question.lower()=='exit':
break
client.send(question.encode('utf-8'))
response = client.recv(1024).decode('utf-8')
print(response)
client.close()
if __name__=="__main__":
main()
(2) 使用UDP协议打造在线时间服务器。服务端监听特定的端口，如果收到客户端发来的请求就把服务器上的当前时间发给客户端，而客户端收到时间之后立刻打印输出。
服务端：
import socket
import time
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server_address = ("0.0.0.0", 8888)
server_socket.bind(server_address)
print("时间服务器已启动，等待请求...")
while True:
data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)
if data.decode('utf-8') == "时间":
current_time = time.ctime()
server_socket.sendto(current_time.encode('utf-8'), client_address)
客户端：
import socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server_address = ("127.0.0.1", 8888)
request = "时间"
client_socket.sendto(request.encode('utf-8'), server_address)
# 接收服务器的时间响应
data, server_address = client_socket.recvfrom(1024)
print("服务器时间:", data.decode('utf-8'))
（3） 使用socketserver模块建立基于tcp协议通信的服务，收到客户端发来的英文字符串之后，将其变为大写发回客户端。
服务端代码：
import socketserver
class MyTCPhandler(socketserver.BaseRequestHandler): # 定义一个自定义的处理器类
def handle(self):
while True: # 持续接收
try:
data = self.request.recv(1024) # 从客户端接受数据
print('收到客户端的消息: ', data) # 打印接收的数据
self.request.send(data.upper()) # 转换成大写发送到客户端
except ConnectionResetError: # 如果连接异常，就退出
break
self.request.close()
if __name__ == '__main__':
server = socketserver.ThreadingTCPServer(('127.0.0.1', 8888), MyTCPhandler)
print("服务端已启动")
server.serve_forever()
客户端代码：
from socket import *
client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8888))
# 通信循环
print("客户端已启动，输入exit()退出")
while True:
data = input("请输入要发送的数据:")
if data == 'exit()':
break
client.send(data.encode('utf-8'))
Data = client.recv(1024)
print(Data)
client.close()
（4） 编写代码对网络上的ip地址进行端口扫描，收集“ip+开放端口”信息。进一步的，尝试了解和使用流行的网络扫描工具进行扫描，如zmap，nmap，并写出使用过程和扫描结果。
python实现：
import socket
def scan_port(ip):
for port in range(1, 1000):
p = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
p.settimeout(0.1)
respond = p.connect_ex((ip, port))
if respond == 0:
print(f"主机{ip},端口{port}已开放")
p.close()
print("扫描完毕")
target_host = input("请输入ip：")
scan_port(target_host)
尝试扫描 baidu.com
先ping一下baidu.com
然后进行端口扫描：
Nmap扫描：
尝试扫描 github.com
