TCP三次握手和四次挥手
背景描述
通过OSI七层网络模型中IP层的介绍，我们知道网络层，可以实现两个主机之间的通信。其实并不然，因为真正的实体是在主机的进程，是一个主机中的一个进程与另一个主机的进程在交换数据。
IP协议只是把数据发送到目的主机，但是并没有交给主机的具体应用程序。而端到端的通信才是应用程序之间的通信。
UDP:在传送数据时不需要进行连接，远地的主机在收到UDP报文后也不需要进行确认，虽然UDP不提供数据的可靠交付，但是这样会节省好多资源，开销，使得它的速度比较快，比如一些实时性要求较高的服务，经常使用UDP。对应的应用层的协议主要有DNS,TFTP,DHCP,SNMP,NFS等。
TCP: 提供面向连接的服务，在传输数据之前，必须先建立连接，传输结束后释放连接。因此TCP是一种可靠的数据运输服务，但是这样就会增加不可避免的花销。对应的应用层的协议有,SMTP,TELNET,HTTP,FTP等。
常用的熟知端口号
| 应用程序 | 熟知端口 | 传输层协议 |
|---|---|---|
| FTP | 21,20 | TCP |
| TFTP | 69 | UDP |
| TELNET | 23 | TCP |
| SMTP | 25 | TCP |
| DNS | 53 | UDP |
| HTTP | 80 | TCP |
| SSH | 22 | TCP |
TCP概述
TCP把连接作为最基本的对象，每一条TCP连接都有两个端点，这种端点我们叫做套接字（socket），它的定义为端口号拼接到IP地址即构成套接字，例如，若IP为192.3.4.26，而端口号为80，
那么得到的套接字为192.3.4.26：80
TCP连接的建立（三次握手）
- 最开始的时候，客户端和服务端都是处于CLOSED关闭状态。主动打开连接的为客户端，被动打开的连接是服务器。如果要进入来连接，会经过如下步骤：
- TCP服务器进程先创建传输控制块TCP，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；
- 客户端先创建传输控制块TCP，然后向服务器发连接请求报文，报文里包括SYN报头；
- 服务端接收到客户端传入的报文，如果同意连接，就会发出确认报文，此时报文中包括SYN和ACK报头；
- 客户端接收到服务端传来的报文，如果确认连接，就会返回给ACK报头的报文给服务端，此时客户端进入连接状态；
- 服务端接收到客户端传入的确认连接报文后，也进去连接状态，这样双发就建立了连接，可以进行通信了。
TCP四次挥手
- 数据传输完毕后，双方就可以释放连接。最开始的时候，客户端和服务端都处于ESTABLISHED（连接）状态，然后客户端主动关闭，服务端被动关闭。
- 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。报文包括FIN报头；
- 服务端接收到包括FIN报头的释放报文，发出确认报文，ACK报头，但是此时服务端可能还会传输数据给客户端；
- 客户端接受到服务器返回的包含ACK报头的报文后，等待把最后的数据传输完毕；
- 数据传输完毕后，服务端就会像客户端发送报文，包含FIN，ACK报头，等待客户端确认；
- 客户端接收到服务端发送的释放连接报文请求后，如果要释放连接，就会返回给服务端一个ACK报头的报文，客户端进入等待状态。此时客户端的连接还没有释放，必须经过2MSL的时间后，才会释放连接；
- 服务端接收到客户端发送的包含ACK报头的报文，直接释放连接，进入CLOSDED（关闭）状态。
如果已建立连接，客户端突然断开，会怎么办呢？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
基于TCP协议的套接字编程
什么是Socket
socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，他是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议隐藏在Socket接口后面。
套接字发展史及分类
套接字起源于 20 世纪 70 年代加利福尼亚大学伯克利分校版本的 Unix,即人们所说的 BSD Unix。 因此,有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。一开始,套接字被设计用在同 一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称进程间通讯,或 IPC。
套接字有两种（或者称为有两个种族）,分别是基于文件型的和基于网络型的。
基于文件类型的套接字家族
套接字家族名字：AF_UNIX
unix一切皆文件，基于文件的套接字调用就是底层的文件系统来取数据，两个套接字进程运行在同一个机器上，可以通过访问一个文件系统间接完成通信
基于网络类型的套接字家族
套接字家族名字：AF_INET
套接字工作流程
服务端：初始化Socket---->然后端口绑定(bind)---->对端口进行监听(listen)---->调用accept接受
客户端：初始化Socket---->连接服务器(connect)
如果客户端和服务端连接成功，则可以进行连接。客户端发送信息，服务端处理请求，然后再把数据传给客户端。
import socket
# socket_family:可以为AF_UNIX或AF_INET
# socket_type:可以是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM
# protocol:一般不填，默认为0
socket.socket(socket_family, socket_type, protocal=0)
# 获取tcp/ip套接字
tcpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 获取udp/ip套接字
udpSock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
服务端套接字函数
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| bind() | 绑定(主机,端口号)到套接字 |
| listen() | 开始TCP监听 |
| accept() | 被动接受TCP客户的连接,(阻塞式)等待连接的到来 |
客户端套接字函数
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| connect() | 主动初始化TCP服务器连接 |
| connect_ex() | connect()函数的扩展版本,出错时返回出错码,而不是抛出异常 |
公共用途的套接字函数
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| recv() | 接收TCP数据 |
| send() | 发送TCP数据(send在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据丢失,不会发完) |
| sendall() | 发送完整的TCP数据(本质就是循环调用send,sendall在待发送数据量大于己端缓存区剩余空间时,数据不丢失,循环调用send直到发完) |
| recvfrom() | 接收UDP数据 |
| sendto() | 发送UDP数据 |
| getpeername() | 连接到当前套接字的远端的地址 |
| getsockname() | 当前套接字的地址 |
| getsockopt() | 返回指定套接字的参数 |
| setsockopt() | 设置指定套接字的参数 |
| close() | 关闭套接字 |
面向锁的套接字函数
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| setblocking() | 设置套接字的阻塞与非阻塞模式 |
| settimeout() | 设置阻塞套接字操作的超时时间 |
| gettimeout() | 得到阻塞套接字操作的超时时间 |
面向文件的套接字函数
| 方法 | 用途 |
|---|---|
| fileno() | 套接字的文件描述符 |
| makefile() | 创建一个与该套接字相关的文件 |
基于TCP协议的套接字编程
服务端
# 服务端.py
import socket
# 1、初始化服务端
server = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# 2、绑定端口
server.bind(('127.0.0.1', 8000))
# 3、建立监听
server.listen(5)
# 4、等待客户端连接
print('start...')
conn, client_addr = server.accept()
# 5、通信
data = conn.recv(1024) # 接受信息的最大字节数，默认为1024个字节
print(data.decode('utf-8')) # 数据传输的是二进制
conn.send(data.upper())
# 6、断开连接
conn.close()
# 7、关闭服务器
server.close()
客户端
# 客户端.py
from socket import *
# 1、初始化客户端
client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 2、连接服务器
client.connect(('127.0.0.1', 8000))
# 3、通信
msg = input('请输入你想传输的信息>>>')
client.send(msg.encode('utf-8')) # 以二进制形式发送数据
data = client.recv(1024)
print(data)
# 4、关闭连接
client.close()