13、Python基础之网络编程

前言

网络编程就是两台计算机通过网络进行数据通信，底层依托Socket（套接字）。TCP和UDP是传输层最核心的两种协议。

TCP：面向连接、可靠、有序，有握手和重传，适合文件传输、网页、聊天
UDP：无连接、不可靠、速度快，没有连接建立过程，适合直播、语音、广播

Python使用内置socket模块完成网络编程，不需要额外安装。

TCP

TCP是面向连接的协议，通信流程：服务端先监听端口 → 客户端发起连接 → 建立连接后双向收发数据 → 通信结束关闭连接。

TCP服务端

复制代码

import socket

# 创建socket，AF_INET ipv4，SOCK_STREAM代表TCP
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 绑定地址和端口
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
# 开始监听，参数是等待连接队列最大数量
s.listen(5)
print("TCP服务端启动，等待客户端连接...")

while True:
    # 阻塞等待客户端接入，返回新socket连接对象、客户端地址
    conn, addr = s.accept()
    print(f"收到客户端连接：{addr}")
    with conn:
        while True:
            # recv接收数据，缓冲区大小1024字节
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                break
            print(f"收到消息：{data.decode('utf-8')}")
            # 回发数据
            conn.sendall(b"server receive: " + data)

TCP客户端

复制代码

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接服务端
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
# 发送数据
s.sendall(b"Hello TCP")
# 接收返回
data = s.recv(1024)
print(data.decode("utf-8"))
s.close()

重点：TCP是流协议，数据没有边界，会出现粘包问题；recv不一定一次收到对方一次sendall发送的全部内容。

UDP

UDP是无连接协议，不用建立连接，直接发包，每个数据包独立。不需要listen()、accept()。适合对实时性要求高、可以丢包的场景，比如视频直播、游戏。

UDP服务端

复制代码

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(('127.0.0.1', 8888))
print("UDP服务端启动...")

while True:
    # recvfrom同时拿到数据和发送方地址
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(f"来自{addr}：{data.decode('utf-8')}")
    s.sendto(b"udp received", addr)

UDP客户端

复制代码

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 直接发送，不需要connect
s.sendto(b"Hello UDP", ('127.0.0.1', 8888))
data, addr = s.recvfrom(1024)
print(data.decode("utf-8"))
s.close()

TCP与UDP对比

对比项	TCP	UDP
连接	面向连接，三次握手建立连接	无连接，直接发数据包
可靠性	可靠传输，丢包自动重传，有序	不可靠，不重传，可能丢包、乱序
速度	较慢，开销大	快，开销极小
边界	字节流，无消息边界，存在粘包	数据报，每个包是独立消息
典型场景	HTTP、文件上传、数据库、SSH	语音通话、直播、游戏、DNS

补充知识点

127.0.0.1 是本机回环地址，只能本机访问；如果要局域网其他机器访问，绑定0.0.0.0；
端口范围：0~65535，小于1024是系统保留端口；
socket收发都是bytes字节，字符串必须encode()，收到数据要decode()；
TCP服务端上面示例是单连接串行处理；并发需要多进程/多线程。

小结

TCP：SOCK_STREAM，有连接、可靠，流程 bind -> listen -> accept -> recv/send；
UDP：SOCK_DGRAM，无连接，使用 recvfrom / sendto；
TCP保证数据送达，UDP追求速度；根据业务场景选择协议。