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Python 网络编程入门

news 2025/6/3 22:19:27

一、前言

二、网络通信基础12：TCP 与 UDP 协议解析

2.1 TCP 协议：可靠的面向连接通信

2.2 UDP 协7议：无连接的快速通信

2.3 Sock12et：网络通信的基石

三、TCP 编程实15战：从单工通信到双向聊天

3.1 TCP 客户端与服务器基础示例

3.2 双向聊天1819应用：实时交互的 TCP 通信

四、UDP 编程实战：无连接的快速数据传输

4.1 UDP 客户端与服务器基础示例

五、协议对比与应24用场景选择

六、总结与拓展

一、前言

随着互联网的普及，网络通信已成为计算机应用的核心。Python 凭借简洁易用的特性，成为网络编程的热门选择。本文将深入解析 TCP 与 UDP 协议的原理，通过 Socket 编程实现网络通信，并带你完成一个简易聊天应用的开发，帮助你快速掌握 Python 网络编程的核心技能。

二、网络通信基础12：TCP 与 UDP 协议解析

2.1 TCP 协议：可靠的面向连接通信

TCP（传输控制协议）通过三次握手建立连接、四次挥手断开连接，确保数据可靠、有序传输。其核心特性包括：

面向连接：通信前需先建立连接（如打电话需先拨号）。
可靠性：通过序3列号、确认应答、重传机制确保数据不丢失（类似快递追踪系统）。
流量控制：利用4滑动窗口技术避免接收方处理过载（如水管调节水流速度）。
有序性：按序号5重组数据包，保证数据顺序正确。

典型应用场景：文6件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、网页浏览（HTTP）等对可靠性要求高的场景。

2.2 UDP 协7议：无连接的快速通信

UDP（用户数据报协议）无需建立连接，直接发送数据，具有以下特点：

无连接：省去握手过程，通信效率高（类似发短信，无需等待对方接听）。
不可靠传输：不8保证数据到达或顺序，可能丢包或乱序。
速度快：无额外9开销，适合实时性场景（如在线游戏、视频会议）。
支持广播 / 多播10：可同时向多个接收方发送数据。

典型应用场景：实11时音视频传输（如 WebRTC）、传感器数据采集、域名解析（DNS）等。

2.3 Sock12et：网络通信的基石

Socket 是网络编程的抽象层，Python 通过socket模块实现 Socket 接口。关键概念包括：

地址族：AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）。

协议类型：S{insert\_element\_11\_}OCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）。

通过 Socket，我们可14以轻松实现客户端与服务器的通信，无论是建立连接（TCP）还是直接发送数据（UDP）。

三、TCP 编程实15战：从单工通信到双向聊天

3.1 TCP 客户端与服务器基础示例

客户端代码（单向通信）：

import socketdef tcp_client():# 创建TCP Socket（IPv4 + TCP协议）client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 连接服务器（本地回环地址，端口12345）client_socket.connect(("127.0.0.1", 12345))# 发送数据（需编码为字节流）client_socket.send("Hello, Server".encode("utf-8"))# 接收响应（最多1024字节）response = client_socket.recv(1024)print("Received from server:", response.decode("utf-8"))# 关闭连接client_socket.close()if __name__ == "__main__":tcp_client()

服务器代码（单向响应）：

import socketdef tcp_server():# 创建TCP Socket并绑定地址server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)server_socket.bind(("127.0.0.1", 12345))# 开始监听（最大连接数5）server_socket.listen(5)print("Server is listening...")while True:# 接受客户端连接client_socket, client_addr = server_socket.accept()print(f"Connection from {client_addr}")# 接收数据message = client_socket.recv(1024)# 发送响应（需编码为字节流）client_socket.send(b"Hello, Client")# 关闭客户端连接client_socket.close()if __name__ == "__main__":tcp_server()

代码关键点：

connect()：客户端主动连接服务器。

bind()：服务16器绑定 IP 和端口，固定通信入口。

listen()与17accept()：服务器监听并接受连接请求。

数据需通过encod{insert\_element\_16\_}e()和decode()完成字节流与字符串的转换。

3.2 双向聊天1819应用：实时交互的 TCP 通信

客户端（支持持续输入）：

import socketdef tcp_chat_client():client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)client_socket.connect(("127.0.0.1", 12345))while True:# 获取用户输入message = input("You: ")if message.lower() == "exit":break  # 输入exit退出# 发送消息client_socket.send(message.encode("utf-8"))# 接收服务器响应response = client_socket.recv(1024)print(f"Server: {response.decode('utf-8')}")client_socket.close()if __name__ == "__main__":tcp_chat_client()

服务器（支持双向对话）：

import socketdef tcp_chat_server():server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)server_socket.bind(("127.0.0.1", 12345))server_socket.listen(5)print("Server is waiting for connection...")# 接受客户端连接client_socket, client_addr = server_socket.accept()print(f"Connection established with {client_addr}")while True:# 接收客户端消息message = client_socket.recv(1024)if not message:break  # 无数据则退出print(f"Client: {message.decode('utf-8')}")# 服务器输入响应response = input("You: ")client_socket.send(response.encode("utf-8"))client_socket.close()server_socket.close()if __name__ == "__main__":tcp_chat_server()

运行效果：

# 客户端
You: 你好，服务器！
Server: 你好，客户端！
You: exit# 服务器
Connection established with ('127.0.0.1', 50001)
Client: 你好，服务器！
You: 你好，客户端！

四、UDP 编程实战：无连接的快速数据传输

4.1 UDP 客户端与服务器基础示例

客户端代码（无连接发送）：

import socketdef udp_client():# 创建UDP Socketclient_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# 直接发送数据（需指定目标地址）client_socket.sendto("Hello, UDP Server".encode("utf-8"), ("127.0.0.1", 12345))# 接收响应（返回数据和服务器地址）response, server_addr = client_socket.recvfrom(1024)print(f"Received from {server_addr}: {response.decode('utf-8')}")client_socket.close()if __name__ == "__main__":udp_client()

服务器代码（无连接接收）：

import socketdef udp_server():server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)server_socket.bind(("127.0.0.1", 12345))print("Server is listening...")while True:# 接收数据（返回数据和客户端地址）message, client_addr = server_socket.recvfrom(1024)print(f"Received from {client_addr}: {message.decode('utf-8')}")# 向客户端发送响应server_socket.sendto(b"Hello, UDP Client", client_addr)if __name__ == "__main__":udp_server()

代码关键点：

sendto()：UDP 无需连接，直接指定目标地址发送。

recvfrom(){insert\_element\_18\_}：接收数据时同时获取发送方地址。

无connect(){insert\_element\_19\_}和accept()步骤，通信流程更简单。

五、协议对比与应24用场景选择

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（需握手）	无连接（直接发送）
可靠性	可靠（重传机制）	不可靠（可能丢包）
传输速度	较慢（额外开销）	较快（无连接开销）
适用场景	文件传输、邮件、HTTP	实时游戏、视频流、DNS 查询
Python 协议类型	SOCK_STREAM	SOCK_DGRAM