socket

TCP网络编程学习笔记（完整版）

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一、网络基础概念

1. IP地址

• 作用：在网络中唯一标识一台设备
• 查看方式：
  • Windows系统使用命令：ipconfig
  • Linux/Mac系统使用命令：ifconfig
• 测试网络连通性：使用 ping [IP地址] 命令
• 本机回环地址：127.0.0.1，用于本地测试

💡 示例：

ping 192.168.1.1
ipconfig
ifconfig

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2. 端口

• 作用：标识一台设备上运行的某个具体程序
• 端口号范围：共65536个（0 ~ 65535）
  • 知名端口号：0 ~ 1023（如HTTP默认80、FTP默认21）
  • 动态/私有端口号：1024 ~ 65535（用户自定义）

⚠️ 注意事项：

• 同一个端口不能被多个程序同时占用
• 服务器程序通常绑定知名端口或固定端口供客户端访问

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二、TCP协议概述

• TCP全称：Transmission Control Protocol
• 特点：
  • 面向连接（三次握手建立连接）
  • 可靠传输（数据无差错、有序到达）
  • 基于字节流（数据没有边界）
• 适用场景：
  • 要求数据准确性和顺序性的通信
  • 如网页请求、文件下载、邮件发送等

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三、编码与解码

• 网络传输要求：只能传输二进制数据（bytes类型）
• 字符串转二进制：使用 .encode("utf-8")
• 二进制转字符串：使用 .decode("utf-8")
• 注意事项：
  • 编码和解码必须使用相同字符集，否则会乱码
  • 推荐统一使用 UTF-8 编码

📌 示例：

msg = "你好，世界！"
data = msg.encode("utf-8")  # 编码为二进制
print(data)  # 输出: b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd\xef\xbc\x8c\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c\xef\xbc\x81'

decoded_msg = data.decode("utf-8")
print(decoded_msg)  # 输出: 你好，世界！

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四、TCP客户端基本流程

实现步骤：

1. 创建客户端套接字对象

   tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
   

   • socket.AF_INET: 使用IPv4协议
   • socket.SOCK_STREAM: 使用TCP协议

2. 连接服务端

   tcp_client_socket.connect(("127.0.0.1", 8080))
   

   • 参数是元组格式 (服务器IP地址, 服务器端口号)
   • 如果服务器在本机，可使用 127.0.0.1

3. 发送数据（需先编码）

   data = "Hello Server".encode("utf-8")
   tcp_client_socket.send(data)
   

4. 接收数据（需解码）

   recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)  # 每次最多接收1024字节
   print(recv_data.decode("utf-8"))
   

   • recv() 是阻塞方法，等待数据到来才继续执行

5. 关闭客户端套接字

   tcp_client_socket.close()
   

✅ 完整示例：

import socket

# 创建客户端套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 连接服务端
client_socket.connect(("127.0.0.1", 8080))

# 发送数据
send_data = "你好，服务器！".encode("utf-8")
client_socket.send(send_data)

# 接收响应
recv_data = client_socket.recv(1024)
print("收到回复：", recv_data.decode("utf-8"))

# 关闭连接
client_socket.close()

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五、TCP服务端实现

1. 简单版本流程

实现步骤：

1. 创建服务端套接字

   tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
   

2. 绑定IP和端口号

   tcp_server_socket.bind(("", 8080))  # "" 表示监听本机所有网卡
   

3. 设置监听队列

   tcp_server_socket.listen(128)
   

   • 参数表示最大排队数量

4. 等待接受客户端连接请求

   client_socket, client_ip = tcp_server_socket.accept()
   

   • 返回值是一个元组，第一个元素是新的通信socket，第二个是客户端地址信息

5. 接收数据

   data = client_socket.recv(1024)
   print("收到消息：", data.decode())
   

6. 发送数据

   client_socket.send(b"Hello Client")
   

7. 关闭套接字

   client_socket.close()
   tcp_server_socket.close()
   

✅ 完整示例：

import socket

# 创建服务端套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定地址和端口
server_socket.bind(("", 8080))

# 设置监听
server_socket.listen(128)

# 等待客户端连接
client_socket, client_addr = server_socket.accept()

# 接收数据
recv_data = client_socket.recv(1024)
print("客户端说：", recv_data.decode())

# 发送回复
client_socket.send(b"Server received your message")

# 关闭连接
client_socket.close()
server_socket.close()

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2. 复杂版本（多进程并发处理）

功能说明：

• 支持多个客户端同时连接
• 使用 multiprocessing 模块创建子进程处理每个客户端请求

核心代码结构：

import socket
import multiprocessing

def handler_client_request(client_socket):
    """处理客户端请求"""
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)

        if len(data) == 0:
            print("客户端已断开连接")
            break

        print("收到消息：", data.decode("utf-8"))

        # 发送回应
        client_socket.sendall("服务端已收到消息".encode("utf-8"))

    client_socket.close()

def main():
    # 创建服务端套接字
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 设置端口复用
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

    # 绑定地址和端口
    server_socket.bind(("", 8080))

    # 设置监听
    server_socket.listen(128)

    print("服务端启动成功，等待连接...")

    while True:
        # 等待客户端连接
        client_socket, client_addr = server_socket.accept()
        print(f"新连接来自：{client_addr}")

        # 创建子进程处理该客户端
        p = multiprocessing.Process(target=handler_client_request, args=(client_socket,))
        p.start()

    # 不会执行到这，但保留关闭语句作为规范
    server_socket.close()

特点说明：

• multiprocessing.Process：每个客户端连接分配一个独立进程处理
• setsockopt()：设置端口复用，避免服务重启时出现“Address already in use”错误
• while True循环：持续等待客户端连接，实现多客户端支持
• 异常处理：检测客户端是否关闭连接（收到空数据）

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六、总结要点（补充细节）

内容	说明
socket模块	Python标准库中的网络通信核心模块
客户端和服务端	都需要经历创建套接字、连接、收发数据、关闭连接的基本流程
TCP通信	必须先建立连接，通信可靠、有序
数据传输	必须使用二进制格式，注意编解码一致性
多客户端处理	可以使用多线程或多进程技术实现并发处理
端口复用设置	使用 setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
异常处理	应对客户端突然断开、超时等情况
recv阻塞	默认是阻塞模式，可通过设置非阻塞进行优化

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七、常见问题解答

Q1: 为什么使用 127.0.0.1？

• 这是本机回环地址，用于测试本机网络应用，不经过物理网络接口。

Q2: recv() 方法为什么会阻塞？

• 因为它是同步阻塞IO，默认情况下会一直等待直到有数据到达或连接关闭。

Q3: 为什么要设置 SO_REUSEADDR？

• 避免服务端意外崩溃后端口处于 TIME_WAIT 状态导致无法立即重启。

Q4: 为什么最大监听数设为128？

• 一般开发环境下足够使用。生产环境可根据需求调整，但受限于系统配置。

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