socket-tcp

1.TCP介绍

    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连接，才能发送数据，类似于生活中，"打电话""。

2.TCP特点

2.1 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个连接进行。

    完成数据交换后，双方断开此连接，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。

2.2 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的不同点

    1.面向连接

    2.有序数据传输

    3.重发丢失的数据包

    4.舍弃重复的数据包

    5.无差错的数据传输

    6.阻塞/流量控制

4 .udp通信模型

    udp通信模型中，在通信开始之前，不需要建立相关的连接，只需要发送数据即可，类似于生活中，"写信"。

5.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连接，才能发送数据，类似于生活中，"打电话"。

6.tcp的客户端与服务端

    tcp有严格的客户端和服务端之分。基于 TCP 传输方式的通信就必须事先建立连接, 则有一方是主动连接的，而另一方是被连接的； 主动连接的一方一般都是客户端, 被连接的一方一般都是服务端。

6.1.客户端构建流程：

示例代码：

import    socket

# 创建socket

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

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("utf-8"))

# 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()

6.2.服务端构建流程：

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连接，即开启监听

4. accept等待客户端的连接

5. recv/send接收发送数据

示例代码：

import    socket

# 创建socket

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

# 本地信息

address = ('',7788)

# 绑定IP和端口号

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连接请求

tcp_server_socket.listen(5)# 参数：backlog=5 表示积压的客户端连接请求最多5个， 超过5个，则拒绝连接

# 如果有新的客户端来连接服务器，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连接

client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()

# 接收对方发送过来的数据

recv_data = client_socket.recv(1024)# 最多接收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()

7.tcp注意点

1. tcp服务端一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务端

2. tcp客户端一般不绑定，因为是主动连接服务端，所以只要确定好服务端的ip、port等信息就好，本地客户端可以随机

3. tcp服务端中通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变为被动的，这是做tcp服务端时必须要做的

4. 当客户端需要连接服务端时，就需要使用connect进行连接，udp是不需要连接的而是直接发送，但是tcp必须先连接，只有连接成功才能通信

5. 当一个tcp客户端连接服务端时，服务端会有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连接请求的，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连接服务端，但是之前已经连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，服务端会recv解堵塞，并且返回的长度为0，因此服务端可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线

8.tcp的三次握手与四次挥手

    1. TCP的6个标志位

    SYN：发起一个新连接

    FIN：释放一个连接

    ACK：确认

    RST：重置连接

    URG：紧急指针（urgent pointer）有效

    PSH：传送(接收方应该尽快将这个报文交给应用层)

    2. tcp的三次握手

    第一次握手：主机A发送位码为syn＝1，随机产生seq number=1234567的数据包到服务器，主机B由SYN=1知道，A要求建立联机；

    第二次握手：主机B收到请求后要确认联机信息，向A发送ack number=(主机A的seq+1)，syn=1，ack=1，随机产生seq=7654321的包；

    第三次握手：主机A收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1，以及位码ack是否为1，若正确，主机A会再发送ack number=(主机B的seq+1)，ack=1，主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。

    3. tcp的四次挥手

    由于TCP连接是双向的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。

    第一次挥手： Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。

    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，Server进入CLOSE_WAIT状态。

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

    第四次挥手： Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT(TIME_WAIT等待2MSL时间，范围在1-4分钟)状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。