20252230 实验三《Python程序设计》实验报告

20252230 2025-2026-2 《Python 程序设计》实验三报告
课程：《Python 程序设计》
班级： 2522
姓名： 刘畅
学号：20252230
实验教师：王志强
实验日期：2026 年 4 月 27 日
必修 / 选修： 公选课

1. 实验内容(及要求)
   (1.)使用 Python 语言基于 TCP Socket 实现服务端与客户端网络通信程序
   (2.)实现明文输入→加密传输→接收解密功能，收发双方同时显示明文与密文
   (3.)加入文件操作，自动保存聊天记录到本地文件
   (4.)实现安全退出功能，支持关闭套接字与释放资源
   (5.)使用 LLM 生成 ** 图形界面（GUI）** 版本，实现可视化加密聊天
   (6.)在 Windows 物理机上完成服务端与客户端通信，并与队友（学号：2025123457，姓名：李四）互相通信
   (7.)将所有代码托管至码云平台

2. 实验过程及结果

2.1 程序设计
加密模块：使用异或加密算法，实现简单高效的加密与解密。（以TCP服务端为例）

服务端：绑定指定 IP 与端口，多线程监听客户端连接，接收密文并解密，回复消息并加密发送。（源代码如下）
import socket
import threading

def xor_encrypt(text, key='test123'):
encrypted = []
for i in range(len(text)):
c = text[i]
k = key[i % len(key)]
encrypted.append(chr(ord(c) ^ ord(k)))
return ''.join(encrypted)

def xor_decrypt(text, key='test123'):
return xor_encrypt(text, key)

HOST = '172.16.252.30'
PORT = 9999

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server_socket.bind((HOST, PORT))
server_socket.listen(5)

print("=" * 50)
print(f"TCP服务端已启动，绑定IP：{HOST} 端口：{PORT}")
print("等待客户端连接...")
print("输入 exit 退出程序")
print("=" * 50)

file = open("chat_history_server.txt", "a", encoding="utf-8")
client_conn = None

def handle_client(client_socket, addr):
global client_conn
client_conn = client_socket
print(f"\n[连接成功] 客户端地址：{addr}")
while True:
try:
data = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
if not data:
break
plain = xor_decrypt(data)
print(f"\n【接收客户端消息】")
print(f"密文：{data}")
print(f"明文：{plain}")
file.write(f"[{addr}] 密文：{data} | 明文：{plain}\n")
file.flush()
except:
break
print("客户端断开连接")
client_socket.close()
client_conn = None

def accept_loop():
while True:
client, addr = server_socket.accept()
t = threading.Thread(target=handle_client, args=(client, addr))
t.daemon = True
t.start()

threading.Thread(target=accept_loop, daemon=True).start()

while True:
cmd = input("\n输入回复内容(输入exit退出)：")
if cmd.lower() == "exit":
print("服务端正在退出...")
if client_conn:
client_conn.close()
file.close()
server_socket.close()
break
if client_conn:
cipher_reply = xor_encrypt(cmd)
client_conn.send(cipher_reply.encode("utf-8"))
print(f"【发送给客户端】")
print(f"明文：{cmd}")
print(f"密文：{cipher_reply}")

客户端：连接服务端，发送加密消息，接收并解密服务端回复。（源代码如下）
import socket

def xor_encrypt(text, key='test123'):
encrypted = []
for i in range(len(text)):
c = text[i]
k = key[i % len(key)]
encrypted.append(chr(ord(c) ^ ord(k)))
return ''.join(encrypted)

def xor_decrypt(text, key='test123'):
return xor_encrypt(text, key)

SERVER_IP = '172.16.252.30'
SERVER_PORT = 9999

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect((SERVER_IP, SERVER_PORT))

print("=" * 40)
print("客户端已连接服务端")
print(f"本机客户端IP：172.16.177.30")
print(f"服务端IP：{SERVER_IP}")
print("输入 exit 退出程序")
print("=" * 40)

file = open("chat_history_client.txt", "a", encoding="utf-8")

while True:
msg = input("\n请输入发送内容(exit退出)：")
if msg.lower() == "exit":
print("客户端正在退出...")
file.close()
client_socket.close()
break

cipher = xor_encrypt(msg)
client_socket.send(cipher.encode('utf-8'))
print("【发送】")
print(f"明文：{msg}")
print(f"密文：{cipher}")
file.write(f"[发送] 明文：{msg} | 密文：{cipher}\n")
file.flush()recv_data = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
recv_plain = xor_decrypt(recv_data)
print("\n【接收】")
print(f"密文：{recv_data}")
print(f"明文：{recv_plain}")
file.write(f"[接收] 密文：{recv_data} | 明文：{recv_plain}\n")
file.flush()

文件记录：聊天内容自动写入 txt 文件，保存明文与密文。

退出机制：输入exit或点击退出按钮可安全关闭程序。

GUI 版本：使用 Tkinter 实现图形界面，分为独立服务端与客户端。

2.2 实验运行步骤
配置网络：电脑连接同一热点，确保 IP 互通。
运行命令行服务端，监听指定 IP 与端口。
运行命令行客户端，连接服务端。

输入文字进行加密收发，查看明文与密文。
运行GUI 服务端与GUI 客户端，测试图形界面通信。

与队友互相连接，完成跨机通信。
查看聊天记录文件，验证文件保存功能。

2.3 实验结果
服务端成功启动，可正常监听并接受客户端连接。
客户端成功连接，消息加密发送、解密接收正常。
双方同时显示明文 + 密文，符合实验要求。
聊天记录自动保存至 txt 文件，文件操作功能正常。
输入exit可安全退出，无报错、无残留进程。
GUI 界面运行流畅，支持发送、接收、退出功能。
与队友跨机通信成功，数据传输稳定。

3. 实验过程中遇到的问题和解决过程
   问题 1：运行服务端报错 OSError: [WinError 10049] 在其上下文中，该请求的地址无效
   问题 1 解决方案：指定的 IP 不是本机真实网卡 IP。将服务端绑定 IP 改为0.0.0.0，或改为本机连接热点后的真实局域网 IP，即可正常启动。
   问题 2：报错 ModuleNotFoundError: No module named 'crypt_util'
   问题 2 解决方案：依赖外部加密文件导致找不到模块。将加密函数直接写入主程序，实现单文件运行，不再依赖外部模块。
   问题 3：GUI 版本无法同时打开服务端和客户端窗口
   问题 3 解决方案：将二合一 GUI 拆分为独立服务端和独立客户端两个文件，可同时运行、互相通信。
   问题 4：客户端连接超时，无法与队友通信
   问题 4 解决方案：Windows 防火墙拦截端口。关闭双方防火墙，或放行 9999 端口；确保两台设备在同一局域网。
   问题 5：关闭程序时报错，套接字未正常释放
   问题 5 解决方案：增加安全退出逻辑，关闭窗口或输入exit时，主动关闭套接字与文件，释放系统资源。
   问题 6：个人热点下 IP 不固定，每次连接都要修改代码
   问题 6 解决方案：在 Windows 网络设置中配置静态 IP，固定本机地址；服务端绑定静态 IP，避免每次重新配置。

4. 关键代码分析（要求 2）
   4.1 核心功能代码
   Socket 创建
   python
   运行
   server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
   创建 TCP 套接字，用于网络连接与数据传输。
   绑定与监听
   python
   运行
   server_socket.bind((HOST, PORT))
   server_socket.listen()
   绑定 IP 和端口，开始监听客户端请求。
   加密解密
   python
   运行
   def xor_encrypt(text, key='test123'):
   return ''.join([chr(ord(c)^ord(key[i%len(key)])) for i,c in enumerate(text)])
   异或加密，加密解密使用同一函数，简单高效、适合实验演示。
   多线程
   python
   运行
   threading.Thread(target=handle_client, args=(client, addr)).start()
   服务端使用多线程，支持同时处理多个客户端。
   GUI 消息收发
   python
   运行
   def send_msg():
   cipher = xor_encrypt(msg)
   conn.send(cipher.encode())
   图形界面中输入消息，加密后发送，接收后自动解密显示。

4.2 程序优点
界面友好：图形化操作，无需命令行，直观易用。
加密通信：消息加密传输，保护内容安全。
稳定安全：支持安全退出，释放资源，无残留。
双端独立：服务端、客户端分开，可同时运行、跨机通信。
文件记录：自动保存聊天记录，满足实验加分要求。
跨平台：可在 Windows、Linux、华为 ECS 上运行。

5. 运行过程与结果（截图描述）
   服务端启动：显示监听 IP 与端口，等待客户端连接。
   

客户端连接：显示连接成功，开始收发消息。

加密传输：发送方显示明文与密文，接收方显示密文与明文。

文件生成：自动生成chat_history_server.txt和chat_history_client.txt。

GUI 运行：双窗口同时打开，互相发送消息，实时显示明文与密文。
退出测试：输入exit或点击退出按钮，程序正常关闭。

队友通信：双方成功连接，消息互通，实验完成。
上传码云

其他（感悟、思考等）
掌握了 TCP Socket 网络编程的基本流程，理解了服务端与客户端的工作原理。
学会了简单加密算法的实现，体会到数据加密在网络通信中的重要性。
学会了使用多线程解决界面卡顿与多客户端连接问题。
了解了静态 IP、防火墙、端口放行等网络配置知识，能独立排查连接错误。
体会到代码规范与资源释放的重要性，提升了程序调试与排错能力。

参考资料

• 《Java程序设计与数据结构教程（第二版）》

• 《Java程序设计与数据结构教程（第二版）》学习指导

Python 官方 socket 编程文档

Tkinter 图形界面开发教程

异或加密原理与实现教程

《Python 网络编程实战》