Python实现原生TCP请求，从Socket到长连接实战

一、前言

我们平时调用接口使用requests、aiohttp，底层全部都是TCP协议。HTTP只是构建在TCP之上的应用层协议。

很多运维、后端场景需要直接操作TCP裸连接：端口连通性探测、自定义报文通信、服务心跳、Socket长连接。

TCP是面向连接的可靠传输协议，通信分为三步：建立连接 → 收发数据 → 断开连接。

本文使用Python内置socket库，不依赖任何第三方库，从零实现TCP客户端与服务端通信。

二、TCP与UDP核心区别

TCP需要先三次握手建立连接，UDP直接发包；
TCP保证数据有序、不丢失；UDP只管发送，不保障送达；
TCP使用SOCK_STREAM，UDP使用SOCK_DGRAM；
TCP适合文件传输、接口调用；UDP适合广播、实时数据流。

三、基础TCP客户端：短连接请求

短连接：连接建立，收发一次数据，立刻关闭。

核心方法：

socket() 创建套接字
connect() 连接服务端IP端口
send() 发送字节数据
recv() 接收返回数据

python 复制代码

import socket

# 创建TCP套接字 SOCK_STREAM = TCP
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 目标服务端地址
host = "127.0.0.1"
port = 9000

try:
    # 发起三次握手，建立TCP连接
    client.connect((host, port))
    # 发送二进制数据
    client.send("Hello TCP Server".encode("utf-8"))
    # 阻塞等待接收服务端返回数据，缓冲区1024字节
    recv_data = client.recv(1024)
    print("收到服务端返回：", recv_data.decode("utf-8"))
except ConnectionRefusedError:
    print("端口未开放，TCP连接失败")
finally:
    # 关闭连接，释放资源
    client.close()

四、TCP服务端：监听端口并处理连接

服务端固定端口监听，等待客户端接入。

关键函数：

bind() 绑定IP和端口
listen() 开启监听
accept() 阻塞等待新客户端接入

python 复制代码

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定0.0.0.0，允许局域网所有设备访问
server.bind(("0.0.0.0", 9000))
# 开启监听，最大挂起队列5
server.listen(5)
print("TCP服务端已启动，监听9000端口")

while True:
    # 阻塞等待客户端连接
    conn, addr = server.accept()
    print(f"新客户端接入：{addr}")
    # 接收客户端消息
    data = conn.recv(1024)
    print("收到消息：", data.decode())
    # 回复数据
    conn.send("消息已收到".encode("utf-8"))
    # 关闭本次客户端连接（短连接模式）
    conn.close()

运行顺序：先启动服务端，再运行客户端，即可完成一次TCP通信。

五、TCP长连接：不断开持续收发数据

短连接每次通信都要重新握手，开销很大。长连接建立一次连接，反复收发多条消息。

客户端长连接代码

python 复制代码

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(("127.0.0.1", 9000))

# 循环发送多条数据，连接不断开
for i in range(3):
    msg = f"第{i+1}条消息".encode("utf-8")
    client.send(msg)
    res = client.recv(1024)
    print("接收:", res.decode())

client.close()

服务端改造（持续读取数据）

python 复制代码

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(("0.0.0.0", 9000))
server.listen(5)

while True:
    conn, addr = server.accept()
    print("客户端已连接")
    # 持续读取客户端消息
    while True:
        data = conn.recv(1024)
        if not data:
            # 客户端关闭连接，recv会拿到空字节
            break
        print(data.decode())
        conn.send("ok".encode())
    conn.close()

六、实战场景1：TCP端口存活检测

运维最常用场景：批量探测服务器端口是否开放，本质就是尝试建立TCP连接。

python 复制代码

import socket

def check_tcp_port(host, port, timeout=2):
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.settimeout(timeout)
    try:
        sock.connect((host, port))
        return True, "端口开放"
    except Exception:
        return False, "端口关闭或无法连接"
    finally:
        sock.close()

# 测试
print(check_tcp_port("www.baidu.com", 80))
print(check_tcp_port("127.0.0.1", 9999))

这个端口探测比UDP探测更加可靠，广泛用于内网资产扫描、节点健康检测。

七、实战场景2：手动发送原始HTTP报文（裸TCP访问网页）

HTTP协议就是文本TCP报文，我们不用requests，直接用TCP套接字访问网页：

python 复制代码

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(("www.baidu.com", 80))

# 原始HTTP GET报文
http_msg = b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\nConnection: close\r\n\r\n"
client.send(http_msg)

# 接收网页响应
response = client.recv(4096)
print(response.decode("utf-8", errors="ignore"))
client.close()

运行就能拿到百度的HTTP响应头与网页正文，可以直观理解HTTP是封装在TCP之上的应用层协议。

八、TCP开发常见问题与避坑

recv阻塞卡死

recv默认无限等待，可以设置sock.settimeout(3)超时断开。
粘包问题

TCP是流式字节流，没有数据包边界，多条数据会黏在一起。自定义通信协议时，必须加数据长度分隔符。
客户端没有正常close，导致端口被占用（TIME_WAIT）

程序一定要正常关闭套接字；服务端可以开启端口复用：

python 复制代码

server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

数据必须为bytes字节串

字符串一定要encode，不能直接发送str字符串。
单线程服务端只能处理一个客户端

上面的服务端是单线程，一次只能服务一个连接，高并发场景需要搭配多线程/多协程处理每一条TCP连接。

九、异步TCP（asyncio高级用法）

高并发大量TCP探测时，同步socket效率太低，可以使用asyncio创建异步TCP连接，上万条连接轻松调度，占用内存极低，非常适合批量端口巡检。

十、总结

TCP核心流程：创建套接字 → connect建立连接 → send/recv收发数据 → close断开；
短连接一发一关，长连接复用TCP通道减少握手开销；
原生Socket TCP可以实现端口探测、自定义报文、裸HTTP请求；
requests、urllib、爬虫框架底层全部都是对TCP Socket的封装。

原生TCP网络编程是后端、运维、网络爬虫的基本功，掌握裸Socket通信，才能真正理解互联网数据传输的底层逻辑。

如果你想，我可以再续写一版：多线程TCP服务端 + 异步批量TCP端口检测代码。