网络通信-TCP

回顾一下UDP的通信过程,首先创建一个UDP的套接字;绑定端口号(可以不绑定,操作系统会自动的分配端口号,当通信结束后,自动回收端口号,但是作为服务器的话,那就要绑定端口号了),一般不需要绑定ip;发送或接受数据;关闭套接字。

通信过程就好比写信,写好地址和盖上邮戳,然后寄过去,收到信件后按照同样的方式再寄回来。

# udp实现一个聊天室
import socket


def send_msg(udp_socket):
    msg = input("请输入要发送的信息:")
    ip = input("请输入对方的ip:")
    port = input("请输入对方的端口号:")
    udp_socket.sendto(msg.encode("gbk"), (ip, int(port)))

    
def recv_msg(udp_socket):
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    recv_ip, recv_msg = recv_data[1], recv_data[0]
    print(">>{}:{}".format(recv_ip, recv_msg.decode("gbk")))

    
def main():
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    udp_socket.bind(("", 7788))
    while True:
        print("="*30)
        print("1:发送信息\n2:接受信息")
        print("="*30)

        op_num = input("请输入要操作的功能序号:")
        if op_num == '1':
            send_msg(udp_socket)
        elif op_num == '2':
            recv_msg(udp_socket)
        else:
            print("输入有误,请重新输入...")

            
if __name__ == '__main__':
    main()

运行结果如下:

TCP协议

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。

  • 面向连接:双方必须建立连接后才能进行数据传输,双方都必须为该链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。完成数据传输后,双方必须断开此链接,以释放系统资源。这种连接是点对点的(一对一),因此TCP不适合于广播的应用程序,基于广播的应用程序一般使用UDP协议(支持一对一、一对多、多对一、多对多)
  • 可靠的:
    • 采用应答机制,TCP发送的每个报文都必须在得到接收方的应答才认为报文传输成功;
    • 超时重传,发送端发送一个报文之后就启动定时器,如果在规定时间内没有收到应答就重新发送这个报文。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。
    • 错误校验:TCP用一个检验和函数来校验数据是否有错误,在接收和发送时都要计算校验和。
    • 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

TCP通信通常经过创建连接、数据传输、终止连接三个步骤。通信之前必须建立连接,通信过程相当于生活中“打电话”。

TCP客户端构建过程:

“找个电话亭,拨打电话即可。”

  • 1、创建套接字
  • 2、目的地址(ip和端口号)
  • 3、连接服务器
  • 4、发送/接收数据
  • 5、关闭套接字
import socket

# 创建tcp套接字
tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 目的地址
sever_ip = ""
sever_port = 8080

# 连接服务器
tcp_socket.connect((sever_ip, sever_port))

# 发送数据
send_data = input("请输入要发送的数据:")
tcp_socket.send(send_data.encode("GBK"))

# 接收数据
recv_data = tcp_socket.recv(1024)
print("接收到的数据为:{}".format(recv_data.decode("GBK")))

# 关闭套接字
tcp_socket.close()

运行结果:

TCP服务器

TCP服务器的搭建过程如同现实中的打电话,买个手机,插上电话卡,设置为正常接听(响铃模型),等待别人来电。
TCP服务器的搭建流程:

  • 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链接
  • 4、accept等待客户端的链接
  • 5、recv/send接收发送数据
import socket

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

address = ("", 8081)

tcp_sever_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_sever_socket.listen(128)

while True:
    # 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, client_addr = tcp_sever_socket.accept()

    # 接收信息
    recv_data = client_socket.recv(1024)
    print("收到{}的数据:{}".format(client_addr, recv_data.decode("GBK")))

    # 发送一些数据给客户端
    client_socket.send("来信收到,我们会尽快处理,谢谢!")

    # 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()

运行结果:

TCP相关注意点:

  • tcp服务器一般情况下都需要绑定bind((ip, port)),否则客户端找不到这个服务器
  • tcp客户端一般不绑定,只要确定好服务器的ip、port等信息就好
  • 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
  • 客户端需要链接服务器时,需要使用connect进行链接,udp是不需要链接的而是直接发送
  • 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
  • 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(tcp_sever_socket)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(client_socket)意味着这个客户端已经服务完毕
  • 当客户端(client_socket)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

TCP应用:文件下载

  • 服务器端:接收客户端发送过来的文件名,然后读取本地对应文件的内容后发送给客户端
  • 客户端:发送要下载的文件名到服务器端,接收服务器端发送的内容,将内容写到文件中
# 服务端
import socket
import sys

def get_file_content(f_name):
    try:
        with open(f_name, 'rb') as f:
            content = f.read()
        return content
    except:
        print("没有下载的文件:{}".format(f_name))
        

def main():
    if len(sys.argv) != 2:
        print("请按照如下形式运行:python3 xxx.py 8080")
        return
    else:
        port = int(sys.argv[1])
    
    tcp_sever = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_sever.bind(("", port))
    tcp_sever.listen(128)
    while True:
        client_socket, client_addr = tcp_sever.accept()
        print("以建立链接{}".format(client_addr))

        recv_data = client_socket.recv(1024)
        file_name = recv_data.decode("gbk")

        print("对方请求下载的文件名为:{}".format(file_name))
        file_content = get_file_content(file_name)
        if file_content:
            client_socket.send(file_content)
            print("请求文件{}已发送完毕!".format(file_name))
            
        client_socket.close()
        
if __name__ == "__main__":
    main()

虚拟机端运行:python3 tcp_file_download_sever.py 8080

运行结果如下图:

# 客户端
import socket

def main():
    tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    tcp_client.connect(("10.100.94.249", 8080))

    file_name = input("请输入要下载的文件:")
    tcp_client.send(file_name.encode("utf-8"))

    recv_data = tcp_client.recv(1024)

    if recv_data:
        with open("[接收]" + file_name, 'wb') as f:
            f.write(recv_data)

    tcp_client.close()
    
if __name__ == "__main__":
    main()

客户端运行情况如下图:

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