Python网络编程——TCP通信模型

1、TCP相关介绍

        1)UDP通信模型

        udp通信模型中,在通信开始之前,不需要建立相关的链接(属于无连接通信),只需要发送数据即可,类似于生活中的“写信”。我们都知道,一个人写完信,把信封寄出去,但他并不能知道信封是否能被邮寄到投递人手中,即不能知道对方是否接收到自己发送的数据信息,除非对方成功把回信寄给你,你才能知道对方收到了你的信。所以,udp通信只在乎发送数据,因而该通信模式的速度相对较快。

        2)TCP通信模型

        tcp通信模型中,在通信开始之前,一定要先建立相关的链接(属于面向连接通信),才能发送数据,类似于生活中的“打电话”。通过3次握手,4次挥手方式建立连接,然后就能保持网络通信,直至一方断开连接,即有一方挂掉电话,然后会出现“嘀嘀嘀”的电话断开声音。TCP通信模型相对于UDP通信模型稍微复杂一点。该通信模型区分服务端和客户端比较严格,服务器通过绑定自己的IP,用来监听客户。只要客户端连接了服务端,就能实现网络通信,也可以实现多个客户端连接服务器。所以现在游戏一般都是TCP服务,而一些简单的数据收发是属于UDP服务的。

2、TCP三次握手和四次挥手

        那么,在进入TCP通信之前,我们需要了解什么是TCP的三次握手和四次挥手,以及为什么TCP需要的三次握手和四次挥手。

Python网络编程——TCP通信模型_第1张图片

第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SENT状态,等待服务器确认;SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED(TCP连接成功)状态,完成三次握手。

Python网络编程——TCP通信模型_第2张图片

1)客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。
2)服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3)客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。
4)服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
5)客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
6)服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。 

        因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。

 3、代码实现C/S端TCP通信

 需要创建服务器和客户端两个窗口控制台

import socket
# 1. 创建socket对象
import threading
client = socket.socket()
server_ip = ('192.168.12.27', 8080)  # 服务器的ip和port

# 2. 链接服务器
client.connect(server_ip)

# 3. 数据收发
def recv():
    while True:
        data = client.recv(1024)
        print('收到数据:', data.decode())

# 4.发送方法
def send():
    while True:
        temp = input('请输入要发送的数据?\n')
        client.send(temp.encode())
        print('发送成功!')

threading.Thread(target=recv).start()  # 开启收数据 线程
threading.Thread(target=send).start()  # 开启收数据 线程

4、结果展示

1)服务器开启

Python网络编程——TCP通信模型_第3张图片

2)客户端开启 

Python网络编程——TCP通信模型_第4张图片

 3)客户端发送数据到服务器

Python网络编程——TCP通信模型_第5张图片

 4)服务器接收客户端数据

Python网络编程——TCP通信模型_第6张图片

        希望此次分享能给大家带来一些Python网络通信、以及计算机网络方面知识上的帮助(喜欢小编的关注、点赞走一波呦,后期会不定期分享更多Python方向的相关知识)

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