Langchain系列文章目錄

01-玩轉LangChain：從模型調用到Prompt模板與輸出解析的完整指南
02-玩轉 LangChain Memory 模塊：四種記憶類型詳解及應用場景全覆蓋
03-全面掌握 LangChain：從核心鏈條構建到動態任務分配的實戰指南
04-玩轉 LangChain：從文檔加載到高效問答系統構建的全程實戰
05-玩轉 LangChain：深度評估問答系統的三種高效方法（示例生成、手動評估與LLM輔助評估）
06-從 0 到 1 掌握 LangChain Agents：自定義工具 + LLM 打造智能工作流！

python系列文章目錄

01-Python 基礎語法入門：從變量到輸入輸出，零基礎也能學會！
02-Python 流程控制終極指南：if-else 和 for-while深度解析
03-Python 列表與元組全攻略：從新手到高手的必備指南
04-Python 字典與集合：從入門到精通的全面解析
05-Python函數入門指南：從定義到應用
06-Python 函數高級特性：從默認參數到閉包的全面解析
07-Python 模塊與包：從零到自定義的全面指南
08-Python異常處理：從入門到精通的實用指南
09-Python 文件操作：從零基礎到日志記錄實戰
10-Python面向對象編程入門：從類與對象到方法與屬性
11-Python類的方法與屬性：從入門到進階的全面解析
12-Python繼承與多態：提升代碼復用與靈活性的關鍵技術
13-掌握Python魔法方法：如何用__add__和__len__自定義類的行為
14-python面向對象編程總結：從基礎到進階的 OOP 核心思想與設計技巧
15-掌握 Python 高級特性：深入理解迭代器與生成器
16-用 Python 裝飾器提升效率：日志與權限驗證案例
17-再也不怕資源泄漏！Python 上下文管理器，with語句全攻略
18-Python 標準庫必備模塊：math、random、os、json 全解析
19-Python 性能優化：從入門到精通的實用指南
20-Python內存管理與垃圾回收全解析
21-Python 代碼調試與測試：從 pdb 到 TDD 的全面指南
22-Python 代碼風格終極指南：從 PEP 8 到最佳實踐全解析
23-Python實現網絡通信：Socket模塊與TCP/IP協議全解析

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前言

在互聯網時代，網絡編程是每個開發者都值得掌握的核心技能之一。從網頁瀏覽到即時聊天，再到物聯網設備之間的通信，網絡編程無處不在。作為Python學習旅程的第23天，我們將邁入網絡編程的世界，探索其基礎知識。本文將從TCP/IP協議的基本概念講起，逐步深入到使用Python的socket模塊實現網絡通信，并通過實際代碼帶你編寫客戶端和服務器端程序。

無論你是初學者還是有一定經驗的開發者，這篇文章都將為你提供清晰的知識框架和實用的代碼示例。讓我們一起開啟這場網絡編程的探索之旅吧！

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一、TCP/IP協議概述

網絡編程的核心在于理解通信協議，而TCP/IP協議是互聯網的基石。本節將帶你了解它的基本概念和分層結構，幫助你建立網絡通信的整體認知。

1.1 什么是TCP/IP協議

TCP/IP協議全稱“傳輸控制協議/網際協議”，是一組用于實現網絡通信的協議集合。它定義了設備如何連接到網絡，以及數據如何在設備間傳輸。簡單來說，TCP/IP就像網絡世界的“交通規則”，確保數據能夠準確、高效地到達目的地。

• TCP（傳輸控制協議）：負責數據的可靠傳輸，保證數據按順序到達且不丟失。
• IP（網際協議）：負責數據的尋址和路由，決定數據從哪里發到哪里。

1.2 TCP/IP協議的分層結構

TCP/IP協議采用四層模型，每一層都有明確的功能。通過分層設計，網絡通信變得模塊化且易于理解。

1.2.1 應用層

應用層是用戶直接接觸的部分，負責處理應用程序的通信需求。例如：

• HTTP：瀏覽網頁時使用。
• FTP：傳輸文件時使用。
• SMTP：發送郵件時使用。

1.2.2 傳輸層

傳輸層確保數據的端到端傳輸，提供可靠性或高效性兩種選擇：

• TCP：面向連接，保證數據完整，適用于需要高可靠性的場景（如文件下載）。
• UDP：無連接，速度快但不保證數據到達，適用于實時性要求高的場景（如視頻直播）。

1.2.3 網絡層

網絡層負責數據的路由和轉發，核心協議是IP。它為每臺設備分配一個IP地址，并決定數據包的傳輸路徑。

1.2.4 鏈路層

鏈路層是最底層，負責將數據封裝成幀并通過物理網絡（如以太網或Wi-Fi）傳輸。它處理硬件相關的工作，如MAC地址。

通過這四層的協作，TCP/IP協議讓網絡通信變得井然有序。如下圖展示了其分層結構：

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二、使用socket模塊實現網絡通信

Python提供了強大的socket模塊，讓我們能夠輕松實現網絡通信。本節將從socket的基本概念入手，逐步講解它的用法。

2.1 什么是socket

socket（套接字）是網絡通信的橋梁，可以看作是應用程序與網絡之間的“插座”。通過socket，程序可以發送和接收數據，實現設備間的通信。

• 應用場景：聊天軟件、文件傳輸工具、Web服務器等都離不開socket。
• 類型：常見的有TCP socket（可靠傳輸）和UDP socket（快速傳輸）。

2.2 創建socket對象

在Python中，使用socket模塊的socket()函數創建socket對象。需要指定地址族和套接字類型：

import socket# 創建TCP socket (AF_INET表示IPv4，SOCK_STREAM表示TCP)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

• 地址族：AF_INET表示IPv4，AF_INET6表示IPv6。
• 類型：SOCK_STREAM用于TCP，SOCK_DGRAM用于UDP。

2.3 socket的基本方法

創建socket后，我們可以通過一系列方法實現通信。以下是常用的操作步驟：

2.3.1 綁定地址和端口

服務器端需要將socket綁定到特定的IP地址和端口號，以便客戶端可以找到它：

# 綁定到本機IP (127.0.0.1) 和端口8080
sock.bind(('127.0.0.1', 8080))

• 參數：一個元組，包含IP地址（字符串）和端口號（整數）。
• 常見問題：如果端口被占用，會拋出OSError，可以嘗試換一個端口。

2.3.2 監聽連接

綁定后，服務器端需要調用listen()開始監聽客戶端連接：

# 監聽連接，5表示最大等待連接數
sock.listen(5)

2.3.3 接受連接

當客戶端發起連接時，服務器使用accept()接受連接，返回一個新的socket對象和客戶端地址：

# 接受連接
client_sock, client_addr = sock.accept()
print(f"連接來自：{client_addr}")

• 返回值：client_sock用于與該客戶端通信，client_addr是客戶端的IP和端口。

2.3.4 發送和接收數據

通信的核心是數據的發送和接收，使用send()和recv()方法：

# 發送數據 (數據需為字節類型)
client_sock.send(b"Hello, client!")# 接收數據 (1024表示最大接收字節數)
data = client_sock.recv(1024)
print(f"收到數據：{data.decode()}")

• 注意：發送數據前需編碼（如encode()），接收后需解碼（如decode()）。

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三、客戶端與服務器端程序

掌握了socket的基本用法后，我們通過實際代碼實現一個簡單的客戶端-服務器通信系統。服務器端接收消息并回顯，客戶端發送消息并顯示響應。

3.1 服務器端程序

服務器端程序負責監聽連接并處理客戶端請求。以下是完整實現：

3.1.1 創建服務器socket

import socket# 創建TCP socket
server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

3.1.2 綁定地址和端口

# 綁定到本機8080端口
server_sock.bind(('127.0.0.1', 8080))

3.1.3 監聽連接

# 開始監聽
server_sock.listen(5)
print("服務器啟動，監聽端口8080...")

3.1.4 接受客戶端連接

while True:# 接受連接client_sock, client_addr = server_sock.accept()print(f"客戶端 {client_addr} 已連接")

3.1.5 處理客戶端請求

    # 處理請求while True:data = client_sock.recv(1024)if not data:  # 客戶端斷開時data為空breakprint(f"收到消息：{data.decode()}")client_sock.send(data)  # 回顯消息client_sock.close()

完整代碼：

import socketserver_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_sock.bind(('127.0.0.1', 8080))
server_sock.listen(5)
print("服務器啟動，監聽端口8080...")while True:client_sock, client_addr = server_sock.accept()print(f"客戶端 {client_addr} 已連接")while True:data = client_sock.recv(1024)if not data:breakprint(f"收到消息：{data.decode()}")client_sock.send(data)client_sock.close()

運行結果：啟動后，服務器會等待客戶端連接，并回顯收到的消息。

3.2 客戶端程序

客戶端程序主動連接服務器，發送消息并接收響應。

3.2.1 創建客戶端socket

import socket# 創建TCP socket
client_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

3.2.2 連接服務器

# 連接服務器
client_sock.connect(('127.0.0.1', 8080))

3.2.3 發送數據

# 發送消息
client_sock.send(b"Hello, server!")

3.2.4 接收數據

# 接收響應
data = client_sock.recv(1024)
print(f"服務器響應：{data.decode()}")
client_sock.close()

完整代碼：

import socketclient_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_sock.connect(('127.0.0.1', 8080))
client_sock.send(b"Hello, server!")
data = client_sock.recv(1024)
print(f"服務器響應：{data.decode()}")
client_sock.close()

運行步驟：

1. 先運行服務器端代碼。
2. 再運行客戶端代碼，觀察服務器端的輸出和客戶端的響應。

常見問題排查：

• 連接失敗：檢查服務器是否已啟動，IP和端口是否正確。
• 數據亂碼：確保發送和接收時編碼一致（如都用UTF-8）。

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四、總結

通過本篇文章，我們從TCP/IP協議的基礎知識入手，了解了網絡通信的原理；接著通過socket模塊掌握了Python網絡編程的基本方法；最后通過代碼示例實現了客戶端與服務器端的通信。這為你后續學習更復雜的網絡編程奠定了基礎。

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