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。

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。

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

2）客户端开启 

 3）客户端发送数据到服务器

 4）服务器接收客户端数据

        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）