目录

 

前言

一、计算机网络核心基础概念

1. 什么是计算机网络

2. IP 地址

作用

两种 IP 版本

查看本机 IP 命令

网络连通测试：ping 命令

3. 端口号

核心问题

端口号分类（0~65535）

4. Socket 套接字

5. TCP 协议

TCP 协议是一种可靠面向连接传输协议

TCP 两大核心特性

对比 UDP（补充了解）

6.TCP 三次握手、四次挥手

二、编码转换

核心方法

示例代码

三、TCP 客户端开发

客户端开发五步走

完整客户端代码

四、TCP 服务端开发

服务端七步走

客户端 & 服务端完整时序流程图

版本 1：基础单客户端服务端

版本 2：面向对象封装服务端

版本 3：多线程并发服务端

五、TCP 网络编程必看注意事项

六、总结

 前言

不管是聊天软件、网站服务、文件传输工具，底层全部依赖网络通信。作为 Python 开发者，Socket TCP 编程是后端、爬虫、服务开发的必备基础。

本文从底层网络原理讲起，结合编码转换、客户端 / 服务端实战、多并发服务、面试核心知识点（三次握手 / 四次挥手）完整梳理，零基础也能看懂。                                                   

一、计算机网络核心基础概念

1. 什么是计算机网络

将多台独立设备通过网线、路由器等设备连接，依靠网络协议实现资源共享、数据互传的平台，手机、电脑、服务器都属于网络设备

2. IP 地址

作用

IP 地址作为定位网络里唯一设备，是设备的网络 “身份证”，相当于手机号，用来在海量网络设备中精准找到目标机器

两种 IP 版本

  1. IPv4（当前主流） 32 位二进制，点分十进制格式，例：192.168.199.161，四段数字范围0~255，第一段限制1~223

  2. IPv6（下一代） 128 位地址，解决 IPv4 地址枯竭问题，自带加密、路由优化优势

查看本机 IP 命令

  • Windows：ipconfig

  • Linux/Mac：ifconfig

网络连通测试：ping 命令

# 测试外网连通
ping www.baidu.com
# 直接ping IP地址
ping 119.75.217.26

无丢包、有返回时延代表网络正常

3. 端口号

端口号是定位设备上的软件程序

核心问题

一台电脑同时运行微信、QQ、浏览器，只有 IP 只能找到电脑，无法区分数据发给哪个软件，端口就是程序的专属通道

  • IP：找到哪台电脑
  • 端口号：找到电脑上哪个应用程序 举个例子：飞秋默认端口2425，数据通过IP+端口精准送达对应软件

端口号分类（0~65535）

  • 知名端口 0~1023：固定分配给标准服务
端口服务用途
21FTP文件传输
22SSH远程登录
80HTTP网页访问
443HTTPS加密网页
  • 动态端口 1024~65535：程序自定义使用，我们开发 TCP 服务一般选用该区间

4. Socket 套接字

Socket 套接字是网络通信的工具

IP + 端口确定了通信双方，但需要工具完成收发数据，这个工具就是Socket，类比生活中的电话：

  • 知道对方手机号（IP + 端口），必须有电话（Socket）才能通话。 所有网络软件底层都基于 Socket 实现，是程序之间网络交互的统一接口

5. TCP 协议

TCP 协议是一种可靠面向连接传输协议

TCP 两大核心特性

  1. 面向连接：通信前必须建立连接，通信结束断开连接，类似打电话，流程：建立连接→传输数据→关闭连接。
  2. 可靠传输，通过 4 种机制保证数据不丢、不乱序：
    • 发送应答机制：发一条等对方确认再发下一条
    • 超时重传：长时间无应答自动重发数据包
    • 错误校验：校验数据完整性，损坏则重传
    • 流量 / 拥塞控制：防止发送太快导致对方缓冲区溢出

对比 UDP（补充了解）

UDP 是无连接、不可靠协议，不用建立连接直接发数据，速度更快，但不保证数据送达，适合直播、游戏、语音等允许少量丢包场景

6.TCP 三次握手、四次挥手

三次握手（建立连接）

TCP 三次握手极简流程图

  1. 客户端发 SYN 报文：请求连接，进入SYN-SENT
  2. 服务端回 SYN+ACK：同意连接 + 确认客户端请求，进入SYN-RCVD
  3. 客户端回 ACK：确认服务端连接请求，双方进入ESTABLISHED，连接就绪 作用：确认双方收发能力正常，避免无效连接

四次挥手（断开连接）

TCP 四次挥手极简流程图

  1. 客户端发 FIN：我不再发数据，进入FIN_WAIT_1
  2. 服务端回 ACK：收到关闭请求，继续传输剩余数据，进入CLOSE_WAIT
  3. 服务端发 FIN：数据发完，请求关闭连接，进入LAST_ACK
  4. 客户端回 ACK：确认关闭，等待 2MSL 后彻底断开，服务端收到 ACK 直接关闭 作用：双方都传输完数据再断开，避免数据丢失

二、编码转换

计算机网络只能传输二进制 bytes 字节流，我们写的字符串无法直接发送，必须经过编码 / 解码。

核心方法

  1. 字符串.encode("utf-8")：编码，文本 → 二进制（发送数据使用）
  2. bytes.decode("utf-8")：解码，二进制 → 文本（接收数据使用）

示例代码

# 编码
msg = "你好，TCP网络编程"
send_bytes = msg.encode("utf-8")
print("编码后二进制：", send_bytes)

# 解码
recv_str = send_bytes.decode("utf-8")
print("解码后文本：", recv_str)

注意：收发两端编码格式必须统一，否则会出现中文乱码（utf-8/GBK 二选一）

三、TCP 客户端开发

客户端开发五步走

  1. 创建 socket 套接字（socket）
  2. connect 连接服务端 IP + 端口
  3. send 编码后二进制数据
  4. recv 接收服务端响应并解码
  5. close 关闭套接字释放资源

完整客户端代码

import socket

if __name__ == '__main__':
    # 1. 创建TCP套接字 AF_INET=IPv4 SOCK_STREAM=TCP
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 2. 连接服务端（元组参数：(IP,端口)）
    tcp_client.connect(("127.0.0.1", 8080))
    
    # 3. 发送数据，必须编码
    send_msg = "服务端你好，我是客户端！"
    tcp_client.send(send_msg.encode("utf-8"))
    
    # 4. 接收响应，最大接收1024字节，解码
    recv_data = tcp_client.recv(1024).decode("utf-8")
    print(f"收到服务端消息：{recv_data}")
    
    # 5. 关闭连接
    tcp_client.close()

四、TCP 服务端开发

服务端七步走

客户端 & 服务端完整时序流程图

  1. 创建 socket 套接字
  2. bind 绑定本机 IP 和端口（必填，客户端靠端口找到服务）
  3. listen 开启监听，设置最大排队连接数
  4. accept 阻塞等待客户端连接，返回新通信套接字 + 客户端地址
  5. recv 接收客户端数据
  6. send 返回响应数据
  7. 关闭通信套接字、主监听套接字

版本 1：基础单客户端服务端

import socket

if __name__ == '__main__':
    # 1. 创建套接字
    tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    
    # 端口复用：解决重启服务端口被占用报错
    tcp_server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    
    # 2. 绑定端口 ""代表本机所有网卡IP，127.0.0.1仅本地访问
    tcp_server.bind(("", 8080))
    
    # 3. 监听，最大排队128个连接
    tcp_server.listen(128)
    print("服务端启动成功，等待客户端连接...")
    
    # 4. 阻塞等待客户端接入
    conn_socket, client_addr = tcp_server.accept()
    print(f"新客户端接入：{client_addr}")
    
    # 5. 接收数据
    recv_bytes = conn_socket.recv(1024)
    recv_msg = recv_bytes.decode("utf-8")
    print(f"客户端发来：{recv_msg}")
    
    # 6. 回复数据
    resp = f"已收到你的消息：{recv_msg}"
    conn_socket.send(resp.encode("utf-8"))
    
    # 7. 关闭资源
    conn_socket.close()
    tcp_server.close()

版本 2：面向对象封装服务端

import socket

class TcpServer:
    def __init__(self, port=8080):
        # 初始化套接字
        self.server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self.server_sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
        self.server_sock.bind(("", port))
        self.server_sock.listen(128)
        print(f"服务端启动，监听端口{port}")
    
    def handle_client(self, conn_sock, addr):
        """处理单个客户端消息"""
        recv_data = conn_sock.recv(1024).decode("utf-8")
        print(f"[{addr}] 客户端：{recv_data}")
        # 回复消息
        conn_sock.send(f"服务端已读取：{recv_data}".encode("utf-8"))
        conn_sock.close()
    
    def start(self):
        # 循环持续接收客户端
        while True:
            conn, addr = self.server_sock.accept()
            self.handle_client(conn, addr)

if __name__ == '__main__':
    server = TcpServer(8080)
    server.start()

版本 3：多线程并发服务端

基础服务一次只能处理一个客户端，使用多线程实现并发：

import socket
import threading

# 单个客户端处理函数
def handle_conn(conn_sock, client_addr):
    while True:
        try:
            recv_bytes = conn_sock.recv(1024)
            # recv返回空代表客户端断开
            if not recv_bytes:
                print(f"{client_addr} 客户端下线")
                break
            recv_msg = recv_bytes.decode("utf-8")
            print(f"[{client_addr}]：{recv_msg}")
            # 服务端主动发消息
            send_msg = input("服务端回复：").encode("utf-8")
            conn_sock.send(send_msg)
        except ConnectionResetError:
            print(f"{client_addr} 异常断开")
            break
    conn_sock.close()

if __name__ == '__main__':
    server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    server_sock.bind(("", 8080))
    server_sock.listen(128)
    print("并发TCP服务启动，支持多客户端同时连接")
    
    while True:
        conn, addr = server_sock.accept()
        # 为每个客户端创建独立线程
        client_thread = threading.Thread(target=handle_conn, args=(conn, addr))
        client_thread.start()

五、TCP 网络编程必看注意事项

  1. 连接前提：客户端与服务端通信前必须建立 TCP 连接，无连接无法传输数据
  2. 端口绑定规则
    • 客户端：无需手动绑定端口，操作系统自动分配临时端口
    • 服务端：必须绑定固定端口，否则客户端找不到服务
  3. 两种套接字区分
    • listen()后的主套接字：只负责监听新连接，不能收发数据
    • accept()返回的 conn 套接字：专门和单个客户端收发消息
  4. 客户端下线判断：客户端调用close()后，服务端recv()会返回空字节，可通过判断长度 0 识别客户端断开
  5. 端口复用：添加setsockopt代码，避免服务重启时提示端口被占用
  6. 数据格式：所有收发数据必须是 bytes 二进制，字符串一定要 encode，接收后 decode

六、总结

  1. 网络通信三要素：IP（定位设备）+ 端口（定位程序）+Socket（通信工具）
  2. TCP 是面向连接、可靠传输协议，底层依靠三次握手建连、四次挥手断连
  3. 网络只传二进制，encode编码发数据，decode解码读数据
  4. 客户端五步、服务端七步是标准开发流程，多线程可实现并发多客户端
  5. 日常开发高频踩坑点：端口未绑定、编码不一致、忘记关闭套接字、端口占用

掌握这套基础后，HTTP 接口、文件传输、聊天室、爬虫底层通信逻辑都能轻松理解，是 Python 后端开发的核心基石

# 网络 # tcp/ip # 网络协议 # python # 后端开发
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