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：