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用Python来了解网络连接的底层原理(一)

2026-03-16 13:52:06

互联网时代依托于网络通信，今天我们就来用python来看看网络连接的基础。让我们先从一个简单的TCP服务端开始。

import socketserverclass MyTCPHandler(socketserver.StreamRequestHandler):    """    服务端请求处理类    每建立一个连接就会实例化一次    必须重写 handle() 方法来实现与客户端通信    """    def handle(self):        # self.request 是与客户端连接的 TCP socket        self.data = self.request.recv(1024).strip()        print(f"{self.client_address} 发送了：")        print(self.data)        # 原样返回，但是转为大写        self.request.sendall(self.data.upper())if __name__ == "__main__":    HOST, PORT = "localhost", 5555    # 创建服务器，绑定本地 5555 端口    with socketserver.TCPServer((HOST, PORT), MyTCPHandler) as server:        # 持续运行，直到 Ctrl+C 中断        server.serve_forever()

通过socketserver.TCPServer(HOST,PORT),MyTCPHandler) 来进行端口绑定，程序向操作系统申请占用端口5555，直到程序退出才释放。同时注册一个请求处理器，客户端一连接就会执行handle()。StreamRequestHandler把客户端连接抽象成类文件对象：

self.rfile.readline().strip()

在真实的环境中，如果客户端一直不发送换行符，连接会一直挂着。大量的这种请求会耗尽服务端连接，形成拒绝服务攻击。

只有服务端当然是不行的，我们来看看客户端的代码：

import socketMSG = bytearray("Hello World", 'utf-8')# 创建 TCP 套接字connection = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)connection.connect(("127.0.0.1", 5555))print(connection.getsockname())connection.send(MSG)# 接收大写后的数据result = connection.recv(len(MSG.upper()))print(result)

网络通信的本质是字节bytearray把字符串按指定编码UTF-8转为字节序列。

socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

AF_INET：使用IPV4；SOCK_STREAM:代表TCP连接

运行结果可以看到如下输出：

# 服务端输出('127.0.0.1', 57990) wrote:b'Hello World'

#客户都输出('127.0.0.1', 57990)b'HELLO WORLD'

接下来我们看一个重要的概念“端口”，它的规范来自IETF的RFC8335，端口与服务名的映射由IANA维护，Python socket模块自带端口与服务名映射工具：

import socketprint(socket.getservbyname('http'))   # 80print(socket.getservbyport(80))       # http

再下来是IP地址，网络通信实际上只认二进制，IP地址本质是32位整数(IPv4)。127.0.0.1我们用python代码来查看：

import socketimport structip_binary = socket.inet_aton('127.0.0.1')print(struct.unpack('BBBB', ip_binary))  # (127, 0, 0, 1)print(ip_binary)                         # b'\x7f\x00\x00\x01'

IPV6是128位，分成8段，每段16位：

0123:4567:89ab:cdef:0123:4567:89ab:cdef

处理IPv6要用inet_pton:

socket.inet_pton(socket.AF_INET6, '0123:4567:89ab:cdef:0123:4567:89ab:cdef')

ipaddress模块，可以直接从二进制构建IP对象，并判断属性：

import ipaddressip = ipaddress.IPv4Address('127.0.0.1')print(ip.is_loopback)   # Trueprint(ip.is_global)      # Falseprint(ip.is_private)     # True

DNS系统负责把域名翻译成IP，本地优先级host文件：

windows下的host文件在C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts

127.0.0.1       localhost127.0.0.1       gitserver

为了性能，系统会缓存DNS结果，我们来用Python来解析DNS：

import socketprint(socket.getaddrinfo('baidu.com', 80))

当然，还有更好用的dnspython库可以尝试

from dns.resolver import resolvefrom dns.rdatatype import RdataTypefor qtype in RdataType:    try:        ans = resolve('www.baidu.com', qtype)        for record in ans:            print(f"{RdataType.to_text(qtype)}: {record}")    except:        continue

输出如下：

A: 183.2.172.17CNAME: www.a.shifen.com.AAAA: 240e:ff:e020:99b:0:ff:b099:cff1

为了解析上面的内容，我们可以参考以下常见类型：

• A：IPv4 地址• AAAA：IPv6 地址• CNAME：别名• NS：域名服务器• MX：邮件服务器• TXT：验证、SPF 等• SOA：权威信息

上面就是最基础的内容，或许下次我们可以看看IP头部格式与解析。

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