Python socket之TCP通信及下载文件的实现

2023-02-24 08:02:44 文件通信下载

TCP简介

TCP介绍

TCP协议，传输控制协议（英语：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，由IETF的RFC 793定义。

TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。

TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，“打电话”

TCP特点

1. 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。

2. 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

TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

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。

TCP与UDP的不同点

	TCP	UDP
1	TCP的传输是可靠传输。	UDP的传输是不可靠传输。
2	TCP是基于连接的协议，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。	UDP是和TCP相对应的协议，它是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接把数据包发送出去
3	TCP是一种可靠的通信服务，负载相对而言比较大，TCP采用套接字（Socket）或者端口（port）来建立通信。	UDP是一种不可靠的网络服务，负载比较小。
4	TCP和UDP结构不同，TCP包括序号、确认信号、数据偏移、控制标志（通常说的URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN）、窗口、校验和、紧急指针、选项等信息。	UDP包含长度和校验和信息。
5	TCP提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。	UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。
6	TCP在发送数据包前在通信双方有一个三次握手机制，确保双方准备好，在传输数据包期间，TCP会根据链路中数据流量的大小来调节传送的速率，传输时如果发现有丢包，会有严格的重传机制，故而传输速度很慢。	UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。
7	TCP支持全双工和并发的TCP连接，提供确认、重传与拥塞控制。	UDP适用于哪些系统对性能的要求高于数据完整性的要求，需要“简短快捷”的数据交换、需要多播和广播的应用环境。

tcp通信模型

udp通信模型中，在通信开始之前，不需要建立相关的链接，只需要发送数据即可，类似于生活中，“写信”

tcp通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，“打电话”

tcp注意点

tcp服务器一般情况下都需要绑定，否则客户端找不到这个服务器
tcp客户端一般不绑定，因为是主动链接服务器，所以只要确定好服务器的ip、port等信息就好，本地客户端可以随机
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
当客户端需要链接服务器时，就需要使用connect进行链接，udp是不需要链接的而是直接发送，但是tcp必须先链接，只有链接成功才能通信
当一个tcp客户端连接服务器时，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,因为accept返回了新的套接字。
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，就是recv()返回为空, sendto不能发送空消息,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

代码：

TCPServer:

import socket
 
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(("0.0.0.0", 8080))
 
# 将套接字将默认的主动模式改成被动模式（监听模式）
tcp_server.listen(128)
 
ret = tcp_server.accept()
 
print(ret)
 
tcp_server.close()

TCPClient:

import socket
 
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(("192.168.1.12", 8080))
tcp_client.send("hello,world!!!".encode("utf-8"))
 
tcp_client.close()

运行结果：

TCP服务端与客户端消息通信：

代码：

TCPServer：

import socket
import threading
 
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(("", 8080))
 
# 将套接字将默认的主动模式改成被动模式（监听模式）
tcp_server.listen(128)
 
client_socket, client_info = tcp_server.accept()
 
 
def deal_msg():
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)
        print(data)
        # 当客户端关闭了连接，服务端的连接套接字也会继续执行接收函数，但返回的是空字符串，这时服务端的连接套接字就可以关闭了
        if data == "":
            break
    client_socket.close()
 
 
threading.Thread(target=deal_msg).start()
 
print(client_socket, client_info)
 
tcp_server.close()

TCPClient：

import socket
import time
 
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(("192.168.1.12", 8080))
 
while True:
    time.sleep(2)
    tcp_client.send("hello,world!!!".encode("utf-8"))
 
# tcp_client.close()

下载文件：

TCPDownloaderServer：

import socket
import threading
 
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(("0.0.0.0", 8080))
tcp_server.listen(128)
 
tcp_client, clint_info = tcp_server.accept()
 
 
def send_file():
    with open("./test.txt", "rb") as fp:
        while True:
            byteData = fp.read(128)
            print(byteData)
            if byteData:
                tcp_client.send(byteData)
            else:
                break
        tcp_client.close()
 
 
threading.Thread(target=send_file).start()
 
tcp_server.close()

TCPDownloaderClient：

import socket
 
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(("192.168.1.12", 8080))
 
with open("./test2.txt", "wb") as fp:
    while True:
        data = tcp_client.recv(1024)
        print(data)
        if data.decode("utf-8") == "":
            break
        fp.write(data)
 
tcp_client.close()

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