Python 高级 4

网络传输方式-TCP、TCP客户端、TCP服务器、文件下载器、TCP的三次握手、TCP的4次挥手

1.网络传输方式-TCP

<1>TCP概念

TCP:英文全拼(Transmission Control Protocol)简称传输控制协议,它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议.

TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。

<2>TCP特点

  面向连接

通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输,双方都必须为该连接分配必要的系统内核资源,以管理连接的状态和连接上的传输。

双方间的数据传输都可以通过这一个连接进行。

完成数据交换后,双方必须断开此连接,以释放系统资源。

这种连接是一对一的,因此TCP不适用于广播的应用程序,基于广播的应用程序请使用UDP协议。

  可靠传输

<1>TCP采用发送应答机制

TCP发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段传输成功

<2>超时重传

发送端发出一个报文段之后就启动定时器,如果在定时时间内没有收到应答就重新发送这个报文段。

TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。

<3>错误校验

由发送端计算,然后由接收端验证,其目的是为了检测数据在发送端到接收端之间是否有改动,如果接收方检测到校验和有差错,则直接丢弃这个数据包。

<4>流量控制和阻塞管理

流量控制用来避免主机发送得过快而使接收方来不及完全收下。

<3>TCP的优缺点

优点:

  可靠,稳定

  适合传输大量数据

缺点:

  传输速度慢

  占用系统资源高

<4>TCP和UDP区别

  1. TCP面向连接; UDP是不面向连接;

  2. TCP提供可靠的数据传输,也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP不保证可靠的数据传输,容易出现丢包情况;

  3. TCP需要连接传输速度慢,UDP不需要连接传输速度快

  4. TCP不支持发广播;UDP支持发广播

  5. TCP对系统资源要求较多,UDP对系统资源要求较少。

  6. TCP适合发送大量数据,UDP适合发送少量数据

  7. TCP有流量控制,UDP没有流量控制

<5>TCP使用场景

当对网络通讯质量有要求的时候,比如:整个数据要准确无误的传递给对方,这往往用于一些要求可靠的应用,比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议,POP、SMTP等邮件传输的协议。

在日常生活中,常见使用TCP协议的应用如下:

      浏览器

      QQ文件传输

<6>UDP网络程序流程

UDP网络程序发送数据不需要建立连接

<7>TCP网络程序流程

TCP网络程序发送数据需要建立连接

2.TCP客户端

所谓的客户端,就是需要被服务的一方,而服务器端就是提供服务的一方.

<1>TCP客户端TCP Client代码

示例代码:

import socket

# 创建tcp socket 套接字

# 1. AF_INET: ipv4地址类型

# 2. SOCK_STREAM: tcp传输协议

tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 目的信息

server_ip = input("请输入服务器ip:")

server_port = int(input("请输入服务器port:"))

# 连接服务器connect

tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))

# 提示用户输入数据

send_data = input("请输入要发送的数据:")

tcp_client_socket.send(send_data.encode("gbk"))

# 接收对方发送过来的数据,最大接收1024个字节

recvData = tcp_client_socket.recv(1024)

print('接收到的数据为:', recvData.decode('gbk'))

# 关闭套接字

tcp_client_socket.close()

3.TCP服务器

<1>tcp服务器TCP Server

想要完成一个tcp服务器的功能,需要的流程如下:

  socket创建一个套接字

  bind绑定ip和port

  listen使套接字变为可以被动链接

  accept等待客户端的链接

  recv/send接收发送数据

一个很简单的tcp服务器如下:

import socket

# 创建socket

tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 设置socket选项,程序退出端口号立即释放,端口号复用,reuse重用

tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

# 本地信息

address = ('', 7788)

# 绑定

tcp_server_socket.bind(address)

# 设置监听

# 使用socket创建的套接字默认的属性是主动的,使用listen将其变为被动的,这样就可以接收别人的链接了

# 提示: listen后套接字也就是服务端的套接字只负责接收客户端的连接请求,不能收发客户端的消息

# 128:表示最大等待连接数,单线程情况下

tcp_server_socket.listen(128)

# 如果有新的客户端来链接服务器,那么就产生一个新的套接字专门为这个客户端服务

# client_socket是建立成功后返回的新的套接字用来为这个客户端服务,clientAddr是这个客户端的IP地址和端口

# tcp_server_socket就可以省下来专门等待其他新客户端的链接

client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()

# 代码执行到此说明连接建立成功

# 接收对方发送过来的数据

recv_data = client_socket.recv(1024)  # 每次接收1024个字节

print('接收到的数据为:', recv_data.decode('gbk'))

# 发送一些数据到客户端

client_socket.send("thank you !".encode('gbk'))

# 关闭为这个客户端服务的套接字,只要关闭了,就意味着为不能再为这个客户端服务了,如果还需要服务,只能再次重新连接

client_socket.close()

# 服务端终止提供建立连接的服务,如果执行这一步就意味着服务端暂停服务了,不再接受客户端的连接

tcp_server_socket.close()

4.TCP注意点

  tcp服务器一般情况下都需要绑定端口号,否则客户端找不到这个服务器

  tcp客户端一般不绑定端口号,使用随机生成的端口号即可

  tcp服务器中通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变为被动的,这是做tcp服务器时必须要做的

  当tcp客户端和服务端建立好连接才可以收发数据,udp是不需要建立连接,直接就可以发送数据

  当一个tcp客户端和服务端连接成功后,服务器端会有1个新的套接字,这个套接字用来标记这个客户端,单独为这个客户端服务

  listen后的套接字是被动套接字,用来接收新的客户端的链接请求的,而accept返回的新套接字是标记这个新客户端的

  关闭listen后的套接字意味着被动套接字关闭了,会导致新的客户端不能够链接服务器,但是之前已经链接成功的客户端正常通信。

  关闭accept返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕

  当客户端的套接字调用close后,服务器端会recv解堵塞,并且返回的长度为0,因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线

5.案例:文件下载器

<1>TCP服务端server 参考代码如下:

import socket

import os

if __name__ == '__main__':

    # 创建tcp服务端socket

    tcp_serve_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 设置socket选项,防止程序退出端口不立即释放的问题

    tcp_serve_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

    # 绑定端口

    tcp_serve_socket.bind(("", 9090))

    # 设置监听,把主动套接字改成被动套接字,被动套接字只能接收客户端的连接请求,不能收发消息

    tcp_serve_socket.listen(128)

    # 循环接收客户端的连接请求, 提示:现在的下载是同步下载,一个用户下载完成以后另外一个用户才能下载

    while True:

        # 接收客户端的连接请求

        service_client_socket, ip_port = tcp_serve_socket.accept()

        # 代码执行到说明解阻塞,说明连接建立成功

        file_name_data = service_client_socket.recv(1024)

        # 解码数据

        file_name = file_name_data.decode("gbk")

        print(file_name, ip_port)

        if os.path.exists(file_name):

            # 文件存在

            with open(file_name, "rb") as file:

                # 读取文件数据

                while True:

                    file_data = file.read(1024)

                    if file_data:

                        # 发送文件数据给客户端

                        service_client_socket.send(file_data)

                    else:

                        break

        else:

            print("文件不存在")

        # 终止和客户端服务

        service_client_socket.close()

    # 终止提供处理连接请求的服务

    tcp_serve_socket.close()

<2>TCP客户端client 参考代码如下:

import socket

if __name__ == '__main__':

    # 创建tcp客户端socket

    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 建立连接,元祖形式的服务端的IP地址和端口

    tcp_client_socket.connect(("192.168.107.160", 9090))

    # 获取用户输入文件名

    file_name = input("请输入您要下载的文件名:")

    # 使用gbk进行编码

    file_name_data = file_name.encode("gbk")

    # 代码执行到此,说明连接建立成功

    tcp_client_socket.send(file_name_data)

    with open("/home/python/Desktop/" + file_name, "wb") as file:

        # 循环接收服务端发送的文件二进制数据

        while True:

            # 获取服务端文件数据

            file_data = tcp_client_socket.recv(1024)

            if file_data:

                # 写入到指定文件

                file.write(file_data)

            else:

                break

    # 关闭socket

    tcp_client_socket.close()

小结

  tcp服务端绑定端口号,程序退出后端口号不会立即释放,解决办法可以设置socket选项,让程序退出端口号立即释放,也称为端口号复用

  tcp_serve_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

  setsockopt设置套接字选项(option),SOL_SOCKET当前套接字,REUSEADDR端口号复用(reuse重新使用)

6.TCP的三次握手

<1>TCP的三次握手流程图

<2>标志位

SYN: 表示连接请求 ACK: 表示确认 FIN: 表示关闭连接 seq:表示报文序号 ack: 表示确认序号

<3>小结:

  第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT(连接请求已经发送)状态,等待Server确认。

  第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack (number )=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD(连接请求已经收到)状态。

  第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED(正式成立,连接已建立)状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

7.TCP的4次挥手

<1>TCP的4次挥手流程图

<2>小结

  1. 第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送。

  2. 第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1。

  3. 第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送。

  4. 第四次挥手:Client收到FIN后,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1。

  5. # 断开连接, 提示:真的断开连接需要在第四次挥手后等待1-2分钟

8.wireshark抓包工具使用

可以通过wireshark抓包工具查看TCP的3次握手4次挥手

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