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实验1python基本网络应用

ds 2025/7/13 7:22:31

一、实验目的和任务

  1. 掌握Python网络编程的基本应用
  2. 掌握Python Socket编程方法
  3. 掌握TCP和UDP的Python编程模型

二、实验内容

1.编写Python程序获取本机的主机名称和IP地址（GUI界面）

2.编写Python程序实现UDP网络聊天（多线程GUI版）

3.（选做题）编写Python程序实现TCP文件传输

三、实验步骤

实验1.1 获取本机网络信息（GUI版）

程序结构：使用tkinter创建GUI界面，包含以下组件：

1.主机名显示标签、2.IP地址列表框、3.查询按钮

程序主要流程：

1.创建主窗口和界面布局、

2.实现"查询网络信息"按钮功能

3.使用socket.gethostname()获取主机名

4.使用socket.gethostbyname_ex()获取IP列表

5.将结果显示在GUI界面上

代码参考：  

  def get_network_info(self):"""获取网络信息并更新界面"""try:# 清空旧数据self.ip_listbox.delete(0, tk.END)# 获取主机名hostname = socket.gethostname()self.hostname_label.config(text=hostname)# 获取IP地址ip_list = socket.gethostbyname_ex(hostname)[2]for ip in ip_list:self.ip_listbox.insert(tk.END, ip)except Exception as e:tk.messagebox.showerror("错误", f"获取网络信息失败: {str(e)}")

完整python脚本如下:

import tkinter as tk
import tkinter.messagebox
import socketclass NetworkInfoApp:def __init__(self, master):self.master = mastermaster.title("本机网络信息查询")# 创建界面组件self.hostname_label = tk.Label(master, text="主机名: 未查询", font=('Arial', 12))self.hostname_label.pack(pady=10)# 网络信息显示区域info_frame = tk.Frame(master)info_frame.pack(pady=10)# IP地址列表tk.Label(info_frame, text="IP地址列表:").pack()self.ip_listbox = tk.Listbox(info_frame, width=40, height=5)self.ip_listbox.pack()# 端口信息tk.Label(info_frame, text="开放端口:").pack()self.port_listbox = tk.Listbox(info_frame, width=40, height=5)self.port_listbox.pack()# 查询按钮self.query_button = tk.Button(master, text="查询网络信息", command=self.get_network_info)self.query_button.pack(pady=10)def get_network_info(self):"""获取网络信息并更新界面"""try:# 清空旧数据self.ip_listbox.delete(0, tk.END)self.port_listbox.delete(0, tk.END)# 获取主机名hostname = socket.gethostname()self.hostname_label.config(text=f"主机名: {hostname}")# 获取IP地址ip_list = socket.gethostbyname_ex(hostname)[2]for ip in ip_list:self.ip_listbox.insert(tk.END, ip)# 获取常用端口状态common_ports = [21, 22, 80, 443, 3306, 3389]for port in common_ports:sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)sock.settimeout(0.1)result = sock.connect_ex(('127.0.0.1', port))status = "开放" if result == 0 else "关闭"self.port_listbox.insert(tk.END, f"端口 {port}: {status}")sock.close()except Exception as e:tk.messagebox.showerror("错误", f"获取网络信息失败: {str(e)}")if __name__ == "__main__":root = tk.Tk()app = NetworkInfoApp(root)root.mainloop()

功能效果如下图所示:

实验1.2 UDP聊天程序（GUI版）

使用tkinter创建聊天界面包含以下组件：

1.本地IP和端口设置

2.目标IP和端口设

3.消息输入框和发送按钮

4.聊天记录显示区域

5.启动/停止监听按钮

主要步骤：

1.创建主窗口和界面布局、2.创建UDP socket、3.绑定指定IP和端口、4.启动接收线程、5.实现消息接收线程、6.实现消息发送功能、7.处理异常情况

代码参考:

#创建界面函数:def create_widgets(self):# 主框架main_frame = ttk.Frame(self.root, padding=10)main_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)# 地址设置addr_frame = ttk.LabelFrame(main_frame, text="网络设置", padding=10)addr_frame.grid(row=0, column=0, sticky=tk.W, pady=5)# 本地设置ttk.Label(addr_frame, text="本地IP:").grid(row=0, column=0, sticky=tk.W)self.local_ip = ttk.Entry(addr_frame, width=15)self.local_ip.insert(0, '0.0.0.0')self.local_ip.grid(row=0, column=1)ttk.Label(addr_frame, text="本地端口:").grid(row=0, column=2, padx=5)self.local_port = ttk.Entry(addr_frame, width=8)self.local_port.grid(row=0, column=3)# 目标设置ttk.Label(addr_frame, text="目标IP:").grid(row=1, column=0, sticky=tk.W, pady=5)self.target_ip = ttk.Entry(addr_frame, width=15)self.target_ip.grid(row=1, column=1)ttk.Label(addr_frame, text="目标端口:").grid(row=1, column=2)self.target_port = ttk.Entry(addr_frame, width=8)self.target_port.grid(row=1, column=3)# 消息区msg_frame = ttk.LabelFrame(main_frame, text="消息", padding=10)msg_frame.grid(row=1, column=0, sticky=tk.W, pady=5)self.msg_input = ttk.Entry(msg_frame, width=40)self.msg_input.grid(row=0, column=0)self.send_btn = ttk.Button(msg_frame, text="发送", command=self.send_message)self.send_btn.grid(row=0, column=1, padx=5)# 聊天记录self.chat_history = scrolledtext.ScrolledText(main_frame, width=50, height=15)self.chat_history.grid(row=2, column=0)# 控制按钮self.start_btn = ttk.Button(main_frame, text="启动监听", command=self.toggle_server)self.start_btn.grid(row=3, column=0, pady=10)启动\关闭服务器函数，绑定在启动监听按钮：def toggle_server(self):if not self.running:try:self.socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)self.socket.bind((self.local_ip.get(), int(self.local_port.get())))self.running = Trueself.start_btn.config(text="停止监听")threading.Thread(target=self.recv_thread, daemon=True).start()except Exception as e:messagebox.showerror("错误", f"启动失败: {str(e)}")else:self.running = Falseself.socket.close()self.start_btn.config(text="启动监听")#消息接收线程，在启动监听后开始。def recv_thread(self):"""接收消息线程"""while self.running:try:data, addr = self.socket.recvfrom(1024)msg = f"[来自 {addr[0]}:{addr[1]}]: {data.decode()}\n"self.chat_history.insert(tk.END, msg)except:break#发送消息函数，绑定在发送按钮：def send_message(self):try:msg = self.msg_input.get()if not msg:returntarget = (self.target_ip.get(), int(self.target_port.get()))self.socket.sendto(msg.encode(), target)self.chat_history.insert(tk.END, f"[我]: {msg}\n")self.msg_input.delete(0, tk.END)except Exception as e:messagebox.showerror("错误", f"发送失败: {str(e)}")

完整python脚本如下:

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, scrolledtext, messagebox
import socket
import threadingclass UDPChatApp:def __init__(self, root):self.root = rootself.root.title("UDP网络聊天程序")self.running = Falseself.socket = Noneself.create_widgets()def create_widgets(self):# 主框架main_frame = ttk.Frame(self.root, padding=10)main_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)# 地址设置addr_frame = ttk.LabelFrame(main_frame, text="网络设置", padding=10)addr_frame.grid(row=0, column=0, sticky=tk.W, pady=5)# 本地设置ttk.Label(addr_frame, text="本地IP:").grid(row=0, column=0, sticky=tk.W)self.local_ip = ttk.Entry(addr_frame, width=15)self.local_ip.insert(0, '0.0.0.0')self.local_ip.grid(row=0, column=1)ttk.Label(addr_frame, text="本地端口:").grid(row=0, column=2, padx=5)self.local_port = ttk.Entry(addr_frame, width=8)self.local_port.grid(row=0, column=3)# 目标设置ttk.Label(addr_frame, text="目标IP:").grid(row=1, column=0, sticky=tk.W, pady=5)self.target_ip = ttk.Entry(addr_frame, width=15)self.target_ip.grid(row=1, column=1)ttk.Label(addr_frame, text="目标端口:").grid(row=1, column=2)self.target_port = ttk.Entry(addr_frame, width=8)self.target_port.grid(row=1, column=3)# 消息区msg_frame = ttk.LabelFrame(main_frame, text="消息", padding=10)msg_frame.grid(row=1, column=0, sticky=tk.W, pady=5)self.msg_input = ttk.Entry(msg_frame, width=40)self.msg_input.grid(row=0, column=0)self.send_btn = ttk.Button(msg_frame, text="发送", command=self.send_message)self.send_btn.grid(row=0, column=1, padx=5)# 聊天记录self.chat_history = scrolledtext.ScrolledText(main_frame, width=50, height=15)self.chat_history.grid(row=2, column=0)# 控制按钮self.start_btn = ttk.Button(main_frame, text="启动监听", command=self.toggle_server)self.start_btn.grid(row=3, column=0, pady=10)def toggle_server(self):if not self.running:try:self.socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)self.socket.bind((self.local_ip.get(), int(self.local_port.get())))self.running = Trueself.start_btn.config(text="停止监听")threading.Thread(target=self.recv_thread, daemon=True).start()except Exception as e:messagebox.showerror("错误", f"启动失败: {str(e)}")else:self.running = Falseif self.socket:self.socket.close()self.start_btn.config(text="启动监听")def recv_thread(self):"""接收消息线程"""while self.running:try:data, addr = self.socket.recvfrom(1024)msg = f"[来自 {addr[0]}:{addr[1]}]: {data.decode()}\n"self.chat_history.insert(tk.END, msg)except:breakdef send_message(self):try:msg = self.msg_input.get()if not msg:returntarget = (self.target_ip.get(), int(self.target_port.get()))self.socket.sendto(msg.encode(), target)self.chat_history.insert(tk.END, f"[我]: {msg}\n")self.msg_input.delete(0, tk.END)except Exception as e:messagebox.showerror("错误", f"发送失败: {str(e)}")if __name__ == "__main__":root = tk.Tk()app = UDPChatApp(root)root.mainloop()

功能效果如下图所示:

四、思考问题

1.Python中如何获取本机的主机名？

答:在Python中，可以使用socket模块的gethostname()函数来获取本机的主机名。

2.在实验1.1中，我们使用了哪个函数来获取主机名？哪个函数来获取IP地址列表？

答:获取主机名有socket.gethostname(),获取IP地址列表有socket.gethostbyname_ex(hostname)
其中，hostname是通过gethostname()获取的主机名。gethostbyname_ex()返回一个包含主机名、别名列表和IP地址列表的元组。

3.UDP和TCP有什么区别？

答:

特性UDP (用户数据报协议)TCP (传输控制协议)
连接方式无连接面向连接
可靠性不可靠，不保证数据顺序或送达可靠，保证数据顺序和送达
速度快，开销小较慢，开销大
流量控制无有
拥塞控制无有
适用场景实时应用（视频、语音、游戏）需要可靠传输的应用（文件传输、网页浏览）

4.为什么实验1.2的程序要使用多线程？如果不使用多线程，直接在主线程中接收消息会有什么问题？

答:两种原因

        使用多线程的原因：
        聊天程序需要同时处理发送和接收消息的任务。如果只用单线程，程序会在等待接收消息时阻塞，无法同时发送消息，用户体验差。

        不用多线程的问题：
        主线程会因等待接收消息而被阻塞，导致程序无法及时响应用户输入或其他任务，失去交互性。

5. 在实验1.2中，我们使用了UDP协议，如果改用TCP实现聊天程序，代码会有哪些关键变化？

答:关键变化：

        建立连接：TCP需要先建立连接（socket.connect()或socket.listen()和socket.accept()）。
        数据传输：TCP使用send()和recv()，而UDP使用sendto()和recvfrom()。
        可靠性处理：TCP无需额外处理丢包或乱序，而UDP需要手动处理。
        多线程/多进程：TCP可能需要更复杂的线程管理（如为每个连接创建线程）。

6. UDP是无连接的，如果网络丢包，程序会怎样？如何检测消息是否送达？

答:丢包的影响：

        程序不会自动重传或报错，数据可能丢失或乱序，需要应用层处理。

检测消息送达的方法：

        应用层确认机制：接收方收到消息后发送确认（ACK），发送方等待ACK超时则重传。
        超时重传：发送方设置超时时间，未收到ACK则重发。
        序列号：为消息添加序列号，接收方检查是否连续。

http://www.xdnf.cn/news/1311.html

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