python TCP通信详解

短命女 2024-04-17 05:51 92阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  TCP简介
 *   *   *  TCP介绍
         *  TCP特点
         *   *  1. 面向连接
             *  2. 可靠传输
         *  TCP与UDP的不同点
         *  tcp通信模型
 *  TCP网络程序
 *   *   *  tcp客户端和服务端
         *  tcp客户端构建流程
 *  TCP服务器
 *   *   *  tcp服务器的构建流程
         *  tcp注意点
 *  文件下载器

# TCP简介 #

### 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链接，才能发送数据**，类似于生活中，“打电话”"

### TCP特点 ###

#### 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一个连接进行。**

**完成数据交换后，双方必须断开此连接，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. 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。

### TCP与UDP的不同点 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <th>TCP</th> 
   <th>UDP</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>TCP的传输是可靠传输。</td> 
   <td>UDP的传输是不可靠传输。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>TCP是基于连接的协议，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。</td> 
   <td>UDP是和TCP相对应的协议，它是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接把数据包发送出去</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>TCP是一种可靠的通信服务，负载相对而言比较大，TCP采用套接字（socket）或者端口（port）来建立通信。</td> 
   <td>UDP是一种不可靠的网络服务，负载比较小。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>TCP和UDP结构不同，TCP包括序号、确认信号、数据偏移、控制标志（通常说的URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN）、窗口、校验和、紧急指针、选项等信息。</td> 
   <td>UDP包含长度和校验和信息。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5</td> 
   <td>TCP提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。</td> 
   <td>UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>6</td> 
   <td>TCP在发送数据包前在通信双方有一个三次握手机制，确保双方准备好，在传输数据包期间，TCP会根据链路中数据流量的大小来调节传送的速率，传输时如果发现有丢包，会有严格的重传机制，故而传输速度很慢。</td> 
   <td>UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>7</td> 
   <td>TCP支持全双工和并发的TCP连接，提供确认、重传与拥塞控制。</td> 
   <td>UDP适用于哪些系统对性能的要求高于数据完整性的要求，需要“简短快捷”的数据交换、需要多播和广播的应用环境。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### tcp通信模型 ###

udp通信模型中，在通信开始之前，不需要建立相关的链接，只需要发送数据即可，类似于生活中，“**写信"**”  
tcp通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，**“打电话”"**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2k2MjIzNjcx_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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# TCP网络程序 #

### tcp客户端和服务端 ###

所谓的服务器端：就是提供服务的一方，而客户端，就是需要被服务的一方

### tcp客户端构建流程 ###

tcp的客户端要比服务器端简单很多，如果说服务器端是需要自己买手机、查手机卡、设置铃声、等待别人打电话流程的话，那么客户端就只需要找一个电话亭，拿起电话拨打即可，流程要少很多

**客户端一般不绑定端口**

from socket import *
    
    # 创建socket
    tcp_client_socket = socket(AF_INET, 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:"))
    
    # 链接服务器
    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("gbk"))
    
    # 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()

请输入服务器ip:10.10.0.47
    请输入服务器port:8080
    请输入要发送的数据：你好啊
    接收到的数据为: 我很好，你呢

网络调试助手：https://www.cr173.com/soft/746079.html![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2k2MjIzNjcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# TCP服务器 #

### tcp服务器的构建流程 ###

如果想要完成一个tcp服务器的功能（联通买座机接听电话为例子），需要的流程如下：

1.  socket创建一个**监听套接字** （联通买座机）
2.  bind绑定ip和port （插电话卡）
3.  listen使套接字变为可以被动链接 （接电话服务要开通）套接字默认是连接别人，需要化主动为被动
4.  accept等待客户端的链接 （等待别人给你打电话）  
    返回新的**通信套接字**，和地址 （主机把这个连接转移给一个客服，然后给出来电显示）
5.  recv/send接收发送数据 （接通电话，进行交流）

from socket import *
    
    # 创建socket
    tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
    
    # 本地信息
    address = ('', 7788)
    
    # 绑定
    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链接了
    listen里的数字表征同一时刻能连接客户端的程度.
    tcp_server_socket.listen(128)
    
    # 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
    # clientAddr 是元组（ip，端口）
    client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()
    
    # 接收对方发送过来的数据，和udp不同返回的只有数据
    recv_data = client_socket.recv(1024)  # 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()

### tcp注意点 ###

*  tcp服务器一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
 *  tcp**客户端一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip、port等信息就好**，本地客户端可以随机
 *  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
 *  当客户端需要链接服务器时，就需要使用connect进行链接，udp是不需要链接的而是直接发送，但是tcp必须先链接，只有链接成功才能通信
 *  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,因为accept返回了新的套接字。**
 *  关闭accept返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕
 *  当客户端的套接字调用close后，服务器端会recv解堵塞，并且**返回的长度为0**，就是recv()返回为空, sendto不能发送空消息,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

# 文件下载器 #

服务器

from socket import *
    import sys
    
    
    def get_file_content(file_name):
        """获取文件的内容"""
        try:
            with open(file_name, "rb") as f:
                content = f.read()
            return content
        except:
            print("没有下载的文件:%s" % file_name)
    
    
    def main():
    
        if len(sys.argv) != 2:
            print("请按照如下方式运行：python3 xxx.py 7890")
            return
        else:
            # 运行方式为python3 xxx.py 7890
            port = int(sys.argv[1])
    
    
        # 创建socket
        tcp_server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
        # 本地信息
        address = ('', port)
        # 绑定本地信息
        tcp_server_socket.bind(address)
        # 将主动套接字变为被动套接字
        tcp_server_socket.listen(128)
    
        while True:
            # 等待客户端的链接，即为这个客户端发送文件
            client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()
            # 接收对方发送过来的数据
            recv_data = client_socket.recv(1024)  # 接收1024个字节
            file_name = recv_data.decode("utf-8")
            print("对方请求下载的文件名为:%s" % file_name)
            file_content = get_file_content(file_name)
            # 发送文件的数据给客户端
            # 因为获取打开文件时是以rb方式打开，所以file_content中的数据已经是二进制的格式，因此不需要encode编码
            if file_content:
                client_socket.send(file_content)
            # 关闭这个套接字
            client_socket.close()
    
        # 关闭监听套接字
        tcp_server_socket.close()
    
    
    if __name__ == "__main__":
        main()

客户端

from socket import *
    
    
    def main():
    
        # 创建socket
        tcp_client_socket = socket(AF_INET, 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:"))
    
        # 链接服务器
        tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))
    
        # 输入需要下载的文件名
        file_name = input("请输入要下载的文件名：")
    
        # 发送文件下载请求
        tcp_client_socket.send(file_name.encode("utf-8"))
    
        # 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节（1K）
        recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
        # print('接收到的数据为:', recv_data.decode('utf-8'))
        # 如果接收到数据再创建文件，否则不创建
        if recv_data:
            with open("[接收]"+file_name, "wb") as f:
                f.write(recv_data)
    
        # 关闭套接字
        tcp_client_socket.close()
    
    
    if __name__ == "__main__":
        main()

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