网络传输方式-TCP、TCP客户端、TCP服务器、文件下载器、TCP的三次握手、TCP的4次挥手
1.网络传输方式-TCP
<1>TCP概念
TCP:英文全拼(Transmission Control Protocol)简称传输控制协议，它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议.
TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。
<2>TCP特点
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。
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
由发送端计算,然后由接收端验证,其目的是为了检测数据在发送端到接收端之间是否有改动,如果接收方检测到校验和有差错，则直接丢弃这个数据包。
<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。
<3>TCP的优缺点
优点:
可靠，稳定
适合传输大量数据
缺点:
传输速度慢
占用系统资源高
<4>TCP和UDP区别
1. TCP面向连接; UDP是不面向连接;
2. TCP提供可靠的数据传输，也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP不保证可靠的数据传输，容易出现丢包情况;
3. TCP需要连接传输速度慢，UDP不需要连接传输速度快
4. TCP不支持发广播;UDP支持发广播
5. TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。
6. TCP适合发送大量数据，UDP适合发送少量数据
7. TCP有流量控制，UDP没有流量控制
<5>TCP使用场景
当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。
在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：
浏览器
QQ文件传输
<6>UDP网络程序流程
UDP网络程序发送数据不需要建立连接
<7>TCP网络程序流程
TCP网络程序发送数据需要建立连接
2.TCP客户端
所谓的客户端，就是需要被服务的一方,而服务器端就是提供服务的一方.
<1>TCP客户端TCP Client代码
示例代码：
import socket
# 创建tcp socket 套接字
# 1. AF_INET: ipv4地址类型
# 2. SOCK_STREAM: tcp传输协议
tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.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:"))
# 连接服务器connect
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()
3.TCP服务器
<1>tcp服务器TCP Server
想要完成一个tcp服务器的功能，需要的流程如下：
socket创建一个套接字
bind绑定ip和port
listen使套接字变为可以被动链接
accept等待客户端的链接
recv/send接收发送数据
一个很简单的tcp服务器如下：
import socket
# 创建socket
tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 设置socket选项，程序退出端口号立即释放，端口号复用,reuse重用
tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
# 本地信息
address = ('', 7788)
# 绑定
tcp_server_socket.bind(address)
# 设置监听
# 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
# 提示： listen后套接字也就是服务端的套接字只负责接收客户端的连接请求，不能收发客户端的消息
# 128:表示最大等待连接数，单线程情况下
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是建立成功后返回的新的套接字用来为这个客户端服务，clientAddr是这个客户端的IP地址和端口
# tcp_server_socket就可以省下来专门等待其他新客户端的链接
client_socket, clientAddr = tcp_server_socket.accept()
# 代码执行到此说明连接建立成功
# 接收对方发送过来的数据
recv_data = client_socket.recv(1024) # 每次接收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()
# 服务端终止提供建立连接的服务，如果执行这一步就意味着服务端暂停服务了，不再接受客户端的连接
tcp_server_socket.close()
4.TCP注意点
tcp服务器一般情况下都需要绑定端口号，否则客户端找不到这个服务器
tcp客户端一般不绑定端口号，使用随机生成的端口号即可
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tcp客户端和服务端建立好连接才可以收发数据，udp是不需要建立连接，直接就可以发送数据
当一个tcp客户端和服务端连接成功后，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。
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，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
5.案例:文件下载器
<1>TCP服务端server 参考代码如下:
import socket
import os
if __name__ == '__main__':
# 创建tcp服务端socket
tcp_serve_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 设置socket选项，防止程序退出端口不立即释放的问题
tcp_serve_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
# 绑定端口
tcp_serve_socket.bind(("", 9090))
# 设置监听，把主动套接字改成被动套接字，被动套接字只能接收客户端的连接请求，不能收发消息
tcp_serve_socket.listen(128)
# 循环接收客户端的连接请求， 提示：现在的下载是同步下载，一个用户下载完成以后另外一个用户才能下载
while True:
# 接收客户端的连接请求
service_client_socket, ip_port = tcp_serve_socket.accept()
# 代码执行到说明解阻塞，说明连接建立成功
file_name_data = service_client_socket.recv(1024)
# 解码数据
file_name = file_name_data.decode("gbk")
print(file_name, ip_port)
if os.path.exists(file_name):
# 文件存在
with open(file_name, "rb") as file:
# 读取文件数据
while True:
file_data = file.read(1024)
if file_data:
# 发送文件数据给客户端
service_client_socket.send(file_data)
else:
break
else:
print("文件不存在")
# 终止和客户端服务
service_client_socket.close()
# 终止提供处理连接请求的服务
tcp_serve_socket.close()
<2>TCP客户端client 参考代码如下:
import socket
if __name__ == '__main__':
# 创建tcp客户端socket
tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 建立连接，元祖形式的服务端的IP地址和端口
tcp_client_socket.connect(("192.168.107.160", 9090))
# 获取用户输入文件名
file_name = input("请输入您要下载的文件名:")
# 使用gbk进行编码
file_name_data = file_name.encode("gbk")
# 代码执行到此，说明连接建立成功
tcp_client_socket.send(file_name_data)
with open("/home/python/Desktop/" + file_name, "wb") as file:
# 循环接收服务端发送的文件二进制数据
while True:
# 获取服务端文件数据
file_data = tcp_client_socket.recv(1024)
if file_data:
# 写入到指定文件
file.write(file_data)
else:
break
# 关闭socket
tcp_client_socket.close()
小结
tcp服务端绑定端口号，程序退出后端口号不会立即释放，解决办法可以设置socket选项，让程序退出端口号立即释放，也称为端口号复用
tcp_serve_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
setsockopt设置套接字选项(option)，SOL_SOCKET当前套接字，REUSEADDR端口号复用(reuse重新使用)
6.TCP的三次握手
<1>TCP的三次握手流程图
<2>标志位
SYN: 表示连接请求 ACK: 表示确认 FIN: 表示关闭连接 seq:表示报文序号 ack: 表示确认序号
<3>小结:
第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT(连接请求已经发送)状态，等待Server确认。
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 (number )=J+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(连接请求已经收到)状态。
第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+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(正式成立，连接已建立)状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
7.TCP的4次挥手
<1>TCP的4次挥手流程图
<2>小结
1. 第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送。
2. 第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1。
3. 第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送。
4. 第四次挥手：Client收到FIN后，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1。
5. # 断开连接， 提示：真的断开连接需要在第四次挥手后等待1-2分钟
8.wireshark抓包工具使用
可以通过wireshark抓包工具查看TCP的3次握手4次挥手
