tcp / udp 协议及其实现的socket

Posted 2021-12-11 zengyi1995

一、tcp协议

1.1 基本知识

1. 特点：
   • 可靠，慢，全双工通信
   • 建立连接时：三次握手
   • 断开连接时：四次挥手
   • 在建立起连接之后
     • 发送的每一条信息都有回执
     • 为了保证数据的完整性，还有重传机制
   • 长连接：会一直占用双方的端口
   • IO（input,output）操作,输入和输出是相对内存来说的
     • write send - output
     • read recv - input
   • 能够传递的数据长度几乎没有限制
2. 应用场景：
   • 文件的上传下载
     • 发送邮件，网盘，缓存电影等
3. 简述三次握手和四次挥手
   • 三次握手
     • accept接受过程中等待客户端的连接
     • connect客户端发起一个syn链接请求
       • 如果得到了server端响应ack的同时还会再收到一个由server端发来的syc链接请求
       • client端进行回复ack之后，就建立起了一个tcp协议的链接
     • 三次握手的过程再代码中是由accept和connect共同完成的，具体的细节再socket中没有体现出来
   • 四次挥手
     • server和client端对应的在代码中都有close方法
     • 每一端发起的close操作都是一次fin的断开请求，得到‘断开确认ack‘之后，就可以结束一端的数据发送
     • 如果两端都发起close，那么就是两次请求和两次回复，一共是四次操作
     • 可以结束两端的数据发送，表示链接断开了

1.2 tcp协议的粘包现象

1. 什么是粘包现象？
   • 发生在发送端的粘包
     • 由于两个数据的发送时间间隔短+数据的长度小
     • 所以由tcp协议的优化机制将两条信息作为一条信息发送出去了
     • 为了减少tcp协议中的“确认收到”的网络延迟时间
   • 发生再接收端的粘包
     • 由于tcp协议中所传输的数据无边界，所以来不及接收的多条
     • 数据会在接收放的内核的缓存端黏在一起
   • 本质： 接收信息的边界不清晰
2. 解决粘包问题
   • 自定义协议1
     • 首先发送报头，报头长度4个字节，内容是即将发送的报文的字节长度
       • struct模块 pack 能够把所有的数字都固定的转换成4字节
     • 再发送报文
   • 自定义协议2
     • 我们专门用来做文件发送的协议
     • 先发送报头字典的字节长度，再发送字典（字典中包含文件的名字、大小），再发送文件的内容

1.3 基于tcp协议的socket

• tcp是基于链接的，必须先启动服务端，然后再启动客户端去链接服务端

  # server.py 服务端
  import socket
  sk = socket.socket()
  sk.bind(('127.0.0.1',8898)) 
  sk.listen()                 
  conn,addr = sk.accept()     
  ret = conn.recv(1024)       
  print(ret)                  
  conn.send(b'hi')            
  conn.close()                
  sk.close()                  
  
  # client.py 客户端
  import socket
  sk = socket.socket()             
  sk.connect(('127.0.0.1',8898))   
  sk.send(b'hello!')
  ret = sk.recv(1024)               
  print(ret)
  sk.close()                       
  
  # 注意：运行时，先执行server.py，再执行client.py

二、udp协议

2.1 基本知识

1. 特点：
   • 无连接的，速度快
   • 可能会丢消息
   • 能够传递的数据长度是有限的，是根据数据传递设备的设置有关系
2. 应用场景：
   • 即时通信类
     • qq，微信，飞秋等
3. tcp协议和udp协议的区别
   • tcp协议：是一个面向连接的，流式的，可靠的，慢的，全双工通信
     • 邮件 文件 http web
   • udp协议：是一个面向数据报的，无连接的，不可靠，快的，能完成一对一、一对多、多对一、多对多的高效通讯协议
     • 即时聊天工具 视频的在线观看

2.2 基于udp协议的socket

• udp是无链接的，启动服务之后可以直接接受消息，不需要提前建立链接

  # server.py 服务端
  import socket
  sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)   
  sk.bind(('127.0.0.1',9000))                  
  msg,addr = sk.recvfrom(1024)
  print(msg)
  sk.sendto(b'hi',addr)                        
  sk.close()                                  
  
  # client.py 客户端
  import socket
  sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
  sk.sendto(b'hello',('127.0.0.1',9000))
  msg = sk.recv(1024)
  print(msg.decode('utf-8'))
  sk.close()