python下socket编程之TCP连接状态

Posted 2023-01-31 IT-source

1. 引言

python作为一门胶水语言，可以在各个领域上作为快速开发的工具，大大提高开发者处理事务的效率。在互联网行业中，不管是对网络服务器的开发，还是对网络客户端，例如爬虫的开发中，都会涉及到底层的运行原理，那就是socket编程，那么今天，我们将对python下的socket编程开发中，TCP协议中连接状态做一个介绍，通过本篇文章，可以让大家对网络编程中底层的TCP协议的连接有一定的认识。

2. 什么是TCP协议

TCP协议，传输控制协议（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，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)：

主要的适用场景：

n 适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。

n 在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议。

n HTTP/HTTPS等即网络服务都采用TCP协议。

 

TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。

3. TCP服务器编程

在python中，提供了一个socket模块，他里面封装了系统底层socket接口的python格式API，对于Python开发者来说，只需要导入该模块就可以实现socket编程了。

from socket import *

 

# 创建socket

tcpSerSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

# 绑定本地信息

address = ('', 7788)

tcpSerSocket.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

tcpSerSocket.listen(5)

 

# 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器

# newSocket用来为这个客户端服务

# tcpSerSocket就可以省下来专门等待其他新客户端的链接

newSocket, clientAddr = tcpSerSocket.accept()

 

# 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节

recvData = newSocket.recv(1024)

print '接收到的数据为:',recvData

 

# 发送一些数据到客户端

newSocket.send("thank you !")

 

# 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

newSocket.close()

 

# 关闭监听套接字，只要这个套接字关闭了，就意味着整个程序不能再接收任何新的客户端的连接

tcpSerSocket.close()

4. TCP客户端

TCP客户端的核心接口API是connect，由于TCP要求的是稳定传输，所以在后面数据传输前，需要借助三次握手的协议特点去实现连接。而connect函数则是三次握手协议的发起者。

from socket import *

 

# 创建socket

tcpClientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)

 

# 链接服务器

serAddr = ('192.168.1.102', 7788)

tcpClientSocket.connect(serAddr)

 

# 提示用户输入数据

sendData = input("请输入要发送的数据：")

 

tcpClientSocket.send(sendData)

 

# 接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节

recvData = tcpClientSocket.recv(1024)

print '接收到的数据为:',recvData

 

# 关闭套接字

tcpClientSocket.close()

5. TCP的连接状态

我们可以把刚刚的2个程序，放到2台虚拟机上，或者一台虚拟机，一台物理机上，然后使用wireshark抓包工具来对其通信过程进行数据包底层状态的分析。

可以看到图上，前3个包就是3次握手的结构。

中间2个包，是我们发送数据，服务器接收数据的包。

最后4个包，是连接断开后，进行的4次挥手的结构。

6. 三次握手的状态分析

u 第一次握手：客户端首先将标志位SYN置为1，然后随机产生一个值seq=X的包，并将该数据包发送给server端，Client进入SYN_SENT状态，等待server确认。

u 第二次握手：server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack numbern=X+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

u 第三次握手：Client收到确认后，检查ack number是否为X+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

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