Python Socket网络编程详解

Jiang_Immortals

于 2025-06-29 02:13:21 发布

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文章标签： python 网络服务器

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Python 网络编程（Socket）详解

Socket 的核心用途

Socket 是网络通信的底层基石，它允许不同设备（或同一设备）上的程序通过 TCP/IP 协议栈交换数据。在 Python 中，socket 模块提供了对 BSD Socket API 的封装，支持 TCP、UDP 等协议。

服务器端代码（接收端 - 电脑 A）

import socket

def tcp_server():
    # 创建 TCP socket
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 绑定到所有网络接口的 9999 端口
    server_socket.bind(('0.0.0.0', 9999))
    
    # 开始监听，设置最大连接数为 5
    server_socket.listen(5)
    print("TCP 服务器已启动，等待客户端连接...")
    
    try:
        # 接受客户端连接
        client_socket, client_addr = server_socket.accept()
        print(f"客户端 {client_addr} 已连接")
        
        # 接收数据
        data = client_socket.recv(1024)
        print(f"收到消息: {data.decode('utf-8')}")
        
        # 发送响应
        response = "服务器已收到您的消息"
        client_socket.send(response.encode('utf-8'))
        
    except Exception as e:
        print(f"发生错误: {e}")
    finally:
        # 关闭连接
        client_socket.close()
        server_socket.close()
        print("服务器已关闭")

if __name__ == "__main__":
    tcp_server()

客户端代码（发送端 - 电脑 B）

import socket

def tcp_client():
    # 创建 TCP socket
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 服务器地址（改为电脑 A 的实际 IP）
    server_ip = "192.168.1.100"  # 替换为服务器真实 IP
    server_port = 9999
    
    try:
        # 连接服务器
        client_socket.connect((server_ip, server_port))
        print(f"已连接到服务器 {server_ip}:{server_port}")
        
        # 发送数据
        message = "你好服务器！这是来自客户端的消息"
        client_socket.send(message.encode('utf-8'))
        print("消息已发送")
        
        # 接收响应
        response = client_socket.recv(1024)
        print(f"服务器响应: {response.decode('utf-8')}")
        
    except Exception as e:
        print(f"连接失败: {e}")
    finally:
        # 关闭连接
        client_socket.close()
        print("客户端已关闭")

if __name__ == "__main__":
    tcp_client()

在不同电脑上运行步骤

准备两台电脑
- 电脑 A（服务器）：IP 地址 192.168.1.100
- 电脑 B（客户端）：IP 地址 192.168.1.101
在电脑 A 上运行服务器

python server.py
# 输出: TCP 服务器已启动，等待客户端连接...

python server.py # 输出: TCP 服务器已启动，等待客户端连接...
在电脑 B 上运行客户端

python client.py
# 输出: 已连接到服务器 192.168.1.100:9999
# 消息已发送
# 服务器响应: 服务器已收到您的消息
# 客户端已关闭

python client.py # 输出: 已连接到服务器 192.168.1.100:9999 # 消息已发送 # 服务器响应: 服务器已收到您的消息 # 客户端已关闭
查看电脑 A 的输出

# 输出: 客户端 ('192.168.1.101', 54321) 已连接
# 收到消息: 你好服务器！这是来自客户端的消息
# 服务器已关闭
# 输出: 客户端 ('192.168.1.101', 54321) 已连接 # 收到消息: 你好服务器！这是来自客户端的消息 # 服务器已关闭

关键配置说明

1. IP 地址设置

局域网通信：使用内网 IP（如 192.168.x.x）
跨网络通信：
- 服务器端需要公网 IP
- 在路由器设置端口转发（NAT）
# 客户端连接公网服务器 server_ip = "203.0.113.5" # 服务器的公网 IP

2. 防火墙配置

服务器端：开放 TCP 9999 端口入站
客户端：允许 TCP 出站连接

Windows 防火墙设置：

控制面板 > Windows Defender 防火墙
高级设置 > 入站规则 > 新建规则
选择"端口" > TCP > 特定端口: 9999
允许连接 > 完成

Linux 防火墙设置：

sudo ufw allow 9999/tcp

3. 跨网络连接（端口转发）

如果服务器在 NAT 后面：

登录路由器管理界面
找到"端口转发"或"虚拟服务器"设置
添加规则：
- 外部端口：9999
- 内部 IP：192.168.1.100（服务器内网 IP）
- 内部端口：9999
- 协议：TCP

TCP 协议特点与最佳实践

TCP 与 UDP 对比

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（三次握手）	无连接
可靠性	高（确认重传机制）	低（可能丢包）
数据顺序	保证顺序	不保证顺序
速度	较慢	较快
适用场景	文件传输、网页、数据库	实时视频、游戏、DNS

最佳实践建议

异常处理：添加完善的错误处理

try: # 网络操作 except socket.error as e: print(f"网络错误: {e}") except ConnectionResetError: print("连接被对方重置")
数据边界处理：TCP 是流式协议，需处理消息边界

# 添加消息长度前缀 message = "Hello Server!" header = len(message).to_bytes(4, 'big') # 4字节头部 client_socket.send(header + message.encode())
超时设置：避免无限期等待

client_socket.settimeout(10.0) # 10秒超时
多客户端处理：使用线程或异步处理

while True: client_sock, addr = server_socket.accept() # 创建新线程处理客户端 client_thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client_sock,)) client_thread.start()
资源管理：使用 with 语句自动关闭连接

with socket.socket() as s: s.connect(('host', port)) s.send(b"data") # 退出时自动关闭

实际应用场景

文件传输：可靠传输大文件
远程管理：SSH/Telnet 客户端
Web 服务：HTTP/HTTPS 通信
数据库连接：MySQL/PostgreSQL 客户端
消息队列：RabbitMQ/Kafka 生产者消费者

提示：对于高性能场景，可以考虑使用 Python 的 asyncio 库实现异步 TCP 服务器，能同时处理数千个连接。

通过 TCP 协议，您可以构建可靠的双向通信系统，适用于各种需要确保数据完整性的网络应用。

网络通信加密技术详解

在Python网络编程中，加密是确保数据安全的核心手段。以下是主流的加密方式及其在Socket通信中的应用：

一、加密方式分类与对比

加密类型	代表算法	密钥管理	速度	适用场景
对称加密	AES, DES, 3DES	共享密钥	★★★★	大数据量传输
非对称加密	RSA, ECC	公钥/私钥对	★★	密钥交换、数字签名
混合加密	TLS/SSL	结合二者优势	★★★	安全通信标准
散列算法	SHA-256, MD5	无密钥	★★★★	数据完整性验证