一、Socket基础概念

Socket（套接字）是计算机网络通信的基本端点，它提供了不同主机间进程通信的机制。Python通过内置的socket模块支持网络编程，可实现TCP和UDP两种协议的通信。

核心概念：

• 协议族（Address Family）： AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）
• 类型（Socket Type）： SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）
• 端口号（Port）： 0-65535（0-1023为系统保留端口）

二、TCP编程实现

TCP是面向连接的可靠协议，通信过程需要三次握手建立连接。

服务器端实现

import socket

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

# 绑定地址和端口
server_address = ('localhost', 12345)
server_socket.bind(server_address)

# 开始监听
server_socket.listen(5)
print("服务器正在监听端口12345...")

try:
    while True:
        # 等待客户端连接
        client_socket, client_address = server_socket.accept()
        print(f"新连接来自：{client_address}")
        
        try:
            # 接收数据
            data = client_socket.recv(1024)
            print(f"收到消息：{data.decode()}")
            
            # 发送响应
            response = "消息已接收".encode()
            client_socket.sendall(response)
            
        finally:
            # 关闭客户端连接
            client_socket.close()
            
finally:
    # 关闭服务器套接字
    server_socket.close()

客户端实现

import socket

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

# 连接服务器
server_address = ('localhost', 12345)
client_socket.connect(server_address)

try:
    # 发送消息
    message = "Hello, Server!".encode()
    client_socket.sendall(message)
    
    # 接收响应
    data = client_socket.recv(1024)
    print(f"收到响应：{data.decode()}")

finally:
    # 关闭连接
    client_socket.close()

三、UDP编程实现

UDP是无连接的不可靠协议，通信无需建立连接。

服务器端实现

import socket

# 创建UDP套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 绑定地址和端口
server_address = ('localhost', 12345)
server_socket.bind(server_address)

print("UDP服务器启动...")

try:
    while True:
        # 接收数据
        data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)
        print(f"收到来自{client_address}的消息：{data.decode()}")
        
        # 发送响应
        response = "UDP消息已接收".encode()
        server_socket.sendto(response, client_address)

finally:
    # 关闭套接字
    server_socket.close()

客户端实现

import socket

# 创建UDP套接字
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 目标地址
server_address = ('localhost', 12345)

try:
    # 发送消息
    message = "Hello, UDP Server!".encode()
    client_socket.sendto(message, server_address)
    
    # 接收响应
    data, server = client_socket.recvfrom(1024)
    print(f"收到响应：{data.decode()}")

finally:
    # 关闭套接字
    client_socket.close()

四、关键技术点

1. 异常处理： 使用try-except块处理连接超时、中断等异常
2. 多线程支持： 服务器端可使用threading模块处理并发连接
3. 超时设置： 通过settimeout()方法设置操作超时时间
4. 端口重用： 设置SO_REUSEADDR选项允许端口重用
5. 数据序列化： 复杂数据需使用pickle或json进行序列化传输

五、应用场景

• TCP应用： Web服务器、文件传输、邮件服务
• UDP应用： 视频流传输、实时游戏、DNS查询

六、常见问题处理

1. 端口被占用： 更换端口或设置SO_REUSEADDR
2. 连接被拒绝： 检查服务器是否启动及防火墙设置
3. 数据粘包问题： 使用长度前缀法或分隔符区分数据包
4. 网络延迟： 设置合理的超时时间和重试机制

通过掌握Python的Socket编程，开发者可以构建各类网络应用，从简单的客户端/服务器模型到复杂的分布式系统。实际开发中需要根据具体需求选择合适的协议和架构，同时注意网络安全和性能优化。