Python C/S 网络编程（三）之 TCP 实现远程骰宝游戏

最新推荐文章于 2025-02-16 14:46:04 发布

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#Python网络编程 #TCP

传输控制协议（TCP/IP）是互联网的重要组成部分。

互联网由一整套的协议组成，TCP只是其中的一层。
在这里插入图片描述

最底层的以太网协议（Ethernet）规定了电子信号如何组成数据包（packet），解决了子网内部的点对点通信。但是，以太网协议不能解决多个局域网如何互通，这由 IP 协议解决。
IP 协议定义了一套自己的地址规则，称为 IP 地址。它实现了路由功能，允许某个局域网的 A 主机，向另一个局域网的 B 主机发送消息。

IP 协议只是一个地址协议，并不保证数据包的完整。如果路由器丢包（比如缓存满了，新进来的数据包就会丢失），就需要发现丢了哪一个包，以及如何重新发送这个包。这就要依靠 TCP 协议。
简单说，TCP 协议的作用是，保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包。传输文档和文件的协议几乎都是使用TCP的。包括通过浏览器浏览网页、文件传输以及用与电子邮件传输的所有主要机制。

一、TCP工作原理

我们都知道UDP是不可靠的协议，所以UDP传输可能会出现诸如丢包、冗余、乱序等错误；而TCP传输，数据包就被隐藏在协议层之下了。应用程序只需要向目标机器发送流数据，TCP会将丢失的信息重传，保证信息能够成功到达目的机器。

TCP传输基本原理：

每个TCP数据包都有一个序列号，接收方通过该序列号将响应数据包正确排序。也可以通过该序列号发现传输序列中丢失的数据包，并请求重传。
TCP并不使用顺序的整数（1，2，3…）作为数据包的序列号，而是通过一个计数器来记录发送的字节数。例如，如果一个包含1024字节的数据包的序列号为7200，那么下一个数据包的序列号就是8224。
在一个优秀的TCP实现中，初始序列号是随机选择的。
TCP并不通过锁步的方式进行通信。相反，TCP无须等待响应就能一口气发送多个数据包。我们把在某一时刻发送方希望同时传输的数据量成为TCP窗口大小。
接收方的TCP实现可以通过控制发送方的窗口大小来减缓或暂停，叫做流量控制。
最后，若TCP认为数据包被丢弃了，他会假定网络正在变得拥挤，然后减少每秒发送的数据量。
注意一点：TCP四次挥手?其实也可以只发三次：FIN、FIN-ACK、ACK，这样会比较快速，四次就是每个方向上都发一对FIN、ACK。

二、TCP套接字

和UDP一样，TCP也使用端口号来区分同一IP地址上运行的不同应用程序。
在这里插入图片描述
上一节有说道，UDP其实也是可以调用connect()函数的，但是和TCP还是有些区别：

TCP中调用connect会引起三次握手，client与server建立连结。
UDP中调用connect内核仅仅在OS内部把对端ip&port记录下来。
UDP中可以多次调用 connect，TCP只能调用一次 connect。
TCP的connect调用是有可能失败的。远程主机可能不作出应答，也可能拒绝连接，协议错误…原因就是TCP刘涉及两台主机间持续连接的建立。另一方的主机需要处于正在监听的状态，并做好接收连接请求的准备。
TCP的S(服务器)端不进行connect()调用，而是接收C端connect()调用的初始SYN数据包。且在Python中S端在接受连接请求的同时还新建了一个套接字。

TCP接口实际上包含了两种套接字类型：“被动”监听套接字和主动“连接”套接字。

（1）被动套接字（监听套接字）：服务器通过该套接字来接受连接请求，但不能用于发送或接收任何数据，也不表示任何实际的网络会话。而是由服务器指示被动套接字通知OS首先使用哪个特定的TCP端口号来接受连接请求。

由IP地址和正在监听的端口号唯一标识，因此任何其他程序都不能再使用相同的IP地址和端口。

（2）主动套接字（连接套接字）：将一个特定的IP地址和端口号和某个与其进行远程会话的主机绑定，只用于与该特定主机进行通信，可以通过该套接字发送或接收数据。

唯一标识主动套接字的是一个四元组：
(local_ip, local_port, remote_ip, remote_port)
且多个主动套接字可以共享一个本地套接字名（IP&port）。

三、一个简单的C/S程序

#!/usr/bin/env python3
# Foundations of Python Network Programming, Third Edition
# https://github.com/brandon-rhodes/fopnp/blob/m/py3/chapter03/tcp_sixteen.py
# Simple TCP client and server that send and receive 16 octets

import argparse, socket

#保证一个循环内接收定长数据
def recvall(sock, length):
    data = b''
    while len(data) < length:
        more = sock.recv(length - len(data))
        if not more:
            raise EOFError('was expecting %d bytes but only received'
                           ' %d bytes before the socket closed'
                           % (length, len(data)))
        data += more
    return data

def server(interface, port):
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)       #创建套接字
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)     #设置套接字选项
    sock.bind((interface, port))          #绑定本地接口
    sock.listen(1)             #监听
    print('Listening at', sock.getsockname())
    while True:
        print('Waiting to accept a new connection')
        sc, sockname = sock.accept()            #接受一个客户端的连接请求并返回一个新的套接字
        print('We have accepted a connection from', sockname)        #所连接的套接字名
        print('  Socket name:', sc.getsockname())        #自己的套接字名
        print('  Socket peer:', sc.getpeername())        #所连接的套接字名
        message = recvall(sc, 16)         #接收16字节的数据
        print('  Incoming sixteen-octet message:', repr(message))       #将消息转为字符串
        sc.sendall(b'Farewell, client')          #发送客户端
        sc.close()                 #关闭套接字
        print('  Reply sent, socket closed')

def client(host, port):
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)       #创建套接字
    sock.connect((host, port))               #请求连接
    print('Client has been assigned socket name', sock.getsockname()