TCP通信原理-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/DownDownUP/article/details/109489799

IP地址

IP地址就是标识网络中设备的一个地址.分为IPV4和IPV6地址,目前使用IPV4更多.
通过玉屏可以解析出ip地址,域名其实就是ip地址的别名,通过域名就可以访问IP地址,
检查网络是否正常可以使用ping命令

端口和端口号

每运行一个网络程序都有一个端口,想要给对应的程序发送数据,就要找到相对应的端口.
只有IP地址无法确定把数据传给那个进程,

什么是端口

端口是传输数据的通道,好比是一个门,是数据的必经之路.
每一个端口都有一个对应的端口号,想要找到端口只要找到端口号即可.

什么是端口号

操作系统为了统一管理所有端口,就对端口进行了编号,这就是端口号,端口号其实就是一个数字.
端口号有65536个
数据通信流程:
通过IP地址找到对应的设备–>通过对应的端口号找到对应的端口,–>然后把数据通过端口传输给应用程序.

端口号的分类

知名端口号
众所周知的端口号,范围是从0-1023

这些端口号固定分配给一些服务,比如:
21:分配给FTP(文件传输协议)服务
25:分配给SMTP(简单邮件传输协议)服务
80:分配给HTTP服务

动态端口号
程序员应用程序使用端口号成为动态端口号,范围是1024到65535
如果开发程序没有设置端口号,操作系统会在这个范围内随机生成一个给开发应用程序使用,
当运行一个程序会有一个默认的端口号,当这个程序退出时,所占用的端口号就会被释放.

TCP

在找到对应的IP与端口号以后,进行数据传输时,数据也不能随便发送,在发送前应当选择一个对应的传输协议,保证程序之间按照指定的传输规则进行数据通信,这个传输协议就是TCP
TCP:传输控制协议,是一种面向连接的\可靠的\基于字节流的传输层通信协议.
字节流–>大量二进制数据.
在发送数据前要先建立连接,保证数据时可靠的.

TCP通信步骤（和打电话相似）

１.　创建连接
２.　传输数据
３．关闭连接
说明：如何保证数据可靠：１.采用发送应答机制，保证数据一定发送给对方的，２.超时重传３.错误校验．４.流量控制和阻塞管理

socket(重要)

Ip地址确定设备
端口确定进程
TCP确定数据发送方式
传输就用到socket(套接字).进程之间通信的一个工具.(相当于将两个设备套接起来.)进程之间要进行网络传输就要使用socket.
在这里插入图片描述
作用:等同于数据搬运工.
几乎所有与网络传输相关的都用到了socket.通常用一个socket表示打开了一个网络连接而打开一个网络连接需要知道目标计算机的IP地址和端口号,再指定协议类型即可.

TCP网络应用程序开发流程.

TCP 客户端程序开发:运用在客户端的,一般是本地电脑上运行的
TCP 服务端程序开发:运行在服务器端的,专门给客户端提供服务的.
在这里插入图片描述

TCP三次握手,底层会自动进行三次握手.
先给服务端发送一个请求建立连接的数据包,
服务端同意后会回复一个同意请求的
告诉服务端本地已经准备好了
对于客户端:

创建客户端套接字
建立连接(主动建立连接请求)
发送数据(只能是二进制数据)
接收数据
关闭套接字.

# 导入socket模块
import socket
if __name__ == "__main__":
    # socket.AF_INET:表示IPV4地址类型
    # socket.SOCK_STREAM：表示TCP传输协议类型


    # 创建socket客户端对象，
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 与服务端套接字建立连接
    tcp_client_socket.connect(("服务端IP", 8082))
    # 发送数据到服务端
    send_content = "hello test"
    # 编码成二进制
    send_data = send_content.encode("utf-8")
    tcp_client_socket.send(send_data)
    recv_data = tcp_client_socket.recv(1024) #1024表示每次接收的最大字节数。
    # 接收服务端数据
    print(recv_data.decode("utf-8"))
    tcp_client_socket.close()

对于服务端:

创建服务端套接字对象
绑定端口号,
设置监听(
等待接收客户端的连接请求(一直等着)
接收数据
处理请求
发送数据
关闭套接字

import socket
if __name__ == "__main__":
    # 创建服务端套接字对象,
    # socket.AF_INET:表示IPV4地址类型
    # socket.SOCK_STREAM：表示TCP传输协议类型
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定端口号bind（host，port） ip地址一般不指定，表示本机中任意一个IP地址都可以。
    # 注意传入的是一个元组，通常第一个参数不进行指定
    # 服务端的套接字只用于与接收客户端建立连接的请求，不进行与客户端的通信。与客户端的通信是通过返回的新的套接
    server_socket.bind(("", 8084))
    # listen（backlog）表示设置监听，参数表示最大等待建立连接的个数。
    server_socket.listen(128)
    # accept（）等待客户端的连接请求
    # 会返回元组，第一个参数是一个新的套接字，第二个是客户端对应的IP地址和端口号
    new_client, ip_port = server_socket.accept()
    print(ip_port)
    # 接收客户端数据,这里要用 新的套接字进行数据通信

    data = new_client.recv(1024)
    data =  data.decode("utf-8")
    print(data)
    # 发送数据到客户端
    send_content = "processing..."
    send_data = send_content.encode("utf-8")
    new_client.send(send_data)
    # 新的套接字（服务于客户端的套接字）用完也要及时关闭
    # 关闭服务端套接字
    server_socket.close()

存在的问题:
当客户端和服务端建立连接以后,服务端程序退出后端口号不会立即释放,需要等待大概1-2分钟.
解决办法:
1.更换服务端端口号
2.设置端口号复用.让服务端的端口号立即释放.

 # server_socket.setsockopt(参数1,参数2,参数3) 
 # 参数1:当前套接字
 # 参数2:设置端口号复用选项
 # 参数3:设置端口号复用选项对应的值
 # 这段代码放在绑定端口号前.
 server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

import socket
if __name__ == "__main__":
    # 创建服务端套接字对象,
    # socket.AF_INET:表示IPV4地址类型
    # socket.SOCK_STREAM：表示TCP传输协议类型
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # socket.SOL_SOCKET:表示当前套接字
    # socket.SO_REUSEADDR：表示复用端口号的选项。
    # True：确定复用

    # 绑定端口号bind（host，port） ip地址一般不指定，表示本机中任意一个IP地址都可以。
    # 注意传入的是一个元组，通常第一个参数不进行指定
    # 服务端的套接字只用于与接收客户端建立连接的请求，不进行与客户端的通信。与客户端的通信是通过返回的新的套接
    server_socket.bind(("", 8084))
    # listen（backlog）表示设置监听，参数表示最大等待建立连接的个数。
    server_socket.listen(128)
    # accept（）等待客户端的连接请求
    # 会返回元组，第一个参数是一个新的套接字，第二个是客户端对应的IP地址和端口号
    new_client, ip_port = server_socket.accept()
    print(ip_port)
    # 接收客户端数据,这里要用 新的套接字进行数据通信

    data = new_client.recv(1024)
    data =  data.decode("utf-8")
    print(data)
    # 发送数据到客户端
    send_content = "processing..."
    send_data = send_content.encode("utf-8")
    new_client.send(send_data)
    # 新的套接字（服务于客户端的套接字）用完也要及时关闭
    # 关闭服务端套接字
    server_socket.close()

TCP网络应用程序的注意点

当TCP客户端程序要与TCP服务端程序进行通信的时候必须要先建立连接,
TCP客户端程序一般不需要绑定端口号,因为客户端是主动发起建立连接的
TCP服务端必须绑定端口号，否则客户端找不到TCP服务端程序,
listen()后的套接字是被动套接字,只负责接收新的客户端的连接请求,不能收发消息
当TCP客户端与程序与服务端程序连接成功以后,TCP服务器端程序会产生一个新的套接字,收发客户端的消息使用的是这个套接字
关闭accept返回的套接字意味着和这个客户端已经通信完毕
关闭listen后的套接字意味着服务器端的套接字关闭了,客户端不能够再连接服务器,但是之前连接成功的客户端还能够正常通信
当客户端的套接字调用close后,服务端的recv会解阻塞,返回的数据长度为0,服务端可以根据返回数据长的u来判断客户端是否已经下线,反之服务端关闭套接字,客户端recv也会解阻塞,返回的数据长度也为0.

多任务TCP服务端程序

通过多线程进行处理.要注意几个地方:

如何实现可以同时处理多个连接
通过多线程,一旦有客户端成功建立连接就启动一个线程去处理数据传输工作,将数据处理封装为一个函数,
如何实现不断接收客户端发送的数据
在数据处理函数中,添加while循环实现一直接收数据直到客户端断开连接.
如果客户端下线如何保证程序正常运行
在接收数据后,正式处理数据前添加判断服务端接收数据的长度,如果接收长度为0,则表明客户端已下线,这个时候跳出接收的循环.并且关闭套接字.
如果有建立的连接正在运行如何保证关闭服务端程序能够正常关闭
通过守护主线程实现关闭主线程时同时销毁子线程,

sub_thread.setDaemon(True)

import socket


def handle_client_request(new_client, ip_port):
    print(ip_port)
    # 处理客户端请求
    while True:
        data = new_client.recv(1024)
        if data:
            print("接受的数据长度为", len(data))
            data = data.decode("utf-8")
            print(data)
            # 发送数据到客户端
            send_content = "processing..."
            print("接收的数据是", data, ip_port)
            send_data = send_content.encode("utf-8")
            new_client.send(send_data)
        else:
            print("客户端下线了")
            break
    new_client.close()
    # 新的套接字（服务于客户端的套接字）用完也要及时关闭


if __name__ == "__main__":
    import threading

    # 创建服务端套接字对象,
    # socket.AF_INET:表示IPV4地址类型
    # socket.SOCK_STREAM：表示TCP传输协议类型
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # socket.SOL_SOCKET:表示当前套接字
    # socket.SO_REUSEADDR：表示复用端口号的选项。
    # True：确定复用

    # 绑定端口号bind（host，port） ip地址一般不指定，表示本机中任意一个IP地址都可以。
    # 注意传入的是一个元组，通常第一个参数不进行指定
    # 服务端的套接字只用于与接收客户端建立连接的请求，不进行与客户端的通信。与客户端的通信是通过返回的新的套接
    server_socket.bind(("", 8084))
    # listen（backlog）表示设置监听，参数表示最大等待建立连接的个数。
    server_socket.listen(128)
    # accept（）等待客户端的连接请求
    # 会返回元组，第一个参数是一个新的套接字，第二个是客户端对应的IP地址和端口号
    # 循环等待接受客户端请求。这个是不能进行同时和多个进行服务，通过排队的方式。
    # 怎么同时服务多个人？
    while True:
        new_client, ip_port = server_socket.accept()

        # 接收客户端数据,这里要用 新的套接字进行数据通信
        # 当客户端与服务端成功建立连接，就创建一个线程去处理数据。
        sub_thread = threading.Thread(target=handle_client_request, args=(new_client, ip_port))
        # 守护主线程，
        sub_thread.setDaemon(True)
        sub_thread.start()

    # 关闭客户端要放在循环外

    server_socket.close()