pythonTCP协议详解

TCP协议

TCP协议，传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol，缩写为 TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。

TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。

TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，"打电话"。

TCP特点

1. 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。

2. 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

TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

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与UDP的区别

• 面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才作传输。）
• 有序数据传输
• 重发丢失的数据包
• 舍弃重复的数据包
• 无差错的数据传输
• 阻塞/流量控制

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，才能发送数据

服务器和客户端

服务器，也称伺服器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。 客户端（Client）也被称为用户端，是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。 客户端服务器架构又被称为主从式架构，简称C/S结构，是一种网络架构，它把客户端与服务器分开来，一个客户端软件的实例都可以向一个服务器或应用程序服务器发出请求。

TCP客户端

相比较于TCP服务端，tcp的客户端要简单很多，如果说服务器端是需要自己买手机、查手机卡、设置铃声、等待别人打电话流程的话，那么客户端就只需要找一个电话亭，拿起电话拨打即可，流程要少很多。

示例代码:

from socket import *

# 创建socket

tcp_client_socket = socket(AF_INET, 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:"))

# 链接服务器

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()

运行流程

输入服务器ip:10.10.0.47

请输入服务器port:8080

请输入要发送的数据：你好啊

接收到的数据为: 我很好，你呢

TCP服务端

在程序中，如果想要完成一个tcp服务器的功能，需要的流程如下：

1. socket创建一个套接字
2. bind绑定ip和port
3. listen使套接字变为可以被动链接
4. accept等待客户端的链接
5. recv/send接收发送数据

示例代码：

from socket import *

# 创建socket

tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

# 本地信息

address = ('', 7788)

# 绑定

tcp_server_socket.bind(address)

# 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

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用来为这个客户端服务

# 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()

# 接收对方发送过来的数据

recv_data = client_socket.recv(1024)  # 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()

TCP注意事项

1. tcp服务器一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
2. tcp客户端一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip、port等信息就好，本地客户端可以随机
3. 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
4. 当客户端需要链接服务器时，就需要使用connect进行链接，udp是不需要链接的而是直接发送，但是tcp必须先链接，只有链接成功才能通信
5. 当一个tcp客户端连接服务器时，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
6. 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
7. 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。
8. 关闭accept返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕
9. 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

文件下载案例

TCP服务器端：

from socket import *

def get_file_content(file_name):

    """获取文件的内容"""

    try:

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

            content = f.read()

        return content

    except:

        print("没有下载的文件:%s" % file_name)

def main():

    # 创建socket

    tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

    # 本地信息

    address = ('', 7890)

    # 绑定本地信息

    tcp_server_socket.bind(address)

    # 将主动套接字变为被动套接字

    tcp_server_socket.listen(128)

    while True:

        # 等待客户端的链接，即为这个客户端发送文件

        client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()

        # 接收对方发送过来的数据

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

        file_name = recv_data.decode("utf-8")

        print("对方请求下载的文件名为:%s" % file_name)

        file_content = get_file_content(file_name)

        # 发送文件的数据给客户端

        # 因为获取打开文件时是以rb方式打开，所以file_content中的数据已经是二进制的格式，因此不需要encode编码

        if file_content:

            client_socket.send(file_content)

        # 关闭这个套接字

        client_socket.close()

    # 关闭监听套接字

    tcp_server_socket.close()

if __name__ == '__main__':

    main()

TCP客户端：

from socket import *

def main():

    # 创建socket

    tcp_client_socket = socket(AF_INET, 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:"))

    # 链接服务器

    tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))

    # 输入需要下载的文件名

    file_name = input("请输入要下载的文件名：")

    # 发送文件下载请求

    tcp_client_socket.send(file_name.encode("utf-8"))

    # 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节（1K）

    recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)

    # print('接收到的数据为:', recv_data.decode('utf-8'))

    # 如果接收到数据再创建文件，否则不创建

    if recv_data:

        with open("[接收]"+file_name, "wb") as f:

            f.write(recv_data)

    # 关闭套接字

    tcp_client_socket.close()

if __name__ == "__main__":