tcp / udp 协议及其实现的socket

2023年3月22日 114次阅读

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()
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