网络编程（二）——TCP协议、基于tcp协议的套接字socket

TCP协议与基于tcp协议的套接字socket

一、TCP协议（流式协议）

1、可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。数据传输以数据流的形式传送

2.（1）三次握手建链接
   （2）四次挥手断开链接
   （3）tcp协议的状态
   （4）syn洪水攻击与半连接池

3、（1）三次握手建立链接、四次挥手断开链接（各种状态）

SYN(synchronous建立联机)
ACK(acknowledgement 确认)
PSH(push传送)
FIN(finish结束)
RST(reset重置)
URG(urgent紧急)

三次握手 —— TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接

第一次握手：建立连接时，客户端A发送SYN包(SYN=j)到服务器B，并进入SYN_SEND状态，等待服务器B确认。
第二次握手：服务器B收到SYN包，必须确认客户A的SYN(ACK=j+1)，同时自己也发送一个SYN包(SYN=k)，即SYN+ACK包，此时服务器B进入SYN_RECD状态。
第三次握手：客户端A收到服务器B的SYN＋ACK包，向服务器B发送确认包ACK(ACK=k+1)，此包发送完毕，客户端A和服务器B进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

四次挥手 —— TCP采用四次挥手关闭连接

第一次挥手：客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送，客户端A进入FIN_WAIT_1状态
第二次挥手：服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。服务端B进入CLOSE_WAIT状态
第三次挥手：服务端数据发送完毕以后，服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A，服务端进入进入LAST_ACK状态
第四次挥手：客户端A收到FIN后进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务端，确认序号为收到序号+1，服务端B进入CLOSED状态，完成四次挥手

# 1.什么是三次握手，四次挥手

# 2.为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的连接请求后，它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用，而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可能未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

# 3.为什么不能用两次握手进行连接？
三次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。
 现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

面试可能会遇到的问题（仅参考）

（2）syn洪水攻击

syn洪水攻击：syn攻击就是 攻击客户端 在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送syn包，服务器回复确认包，并等待客户的确认，由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直 至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

（3）半连接池

半连接： 在三次握手过程中，服务端发送SYN-ACK之后，收到客户端的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时服务端处于SYN_RCVD状态

半连接池（服务端）backlog：客户端每来一个请求，就会存放到半连接池。半连接池固定大小，只允许一定数量请求进入

二、基于tcp协议的套接字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

1、socket层

2、什么是socket

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。Socket是封装好TCP/IP协议的接口。

3、socket工作流程

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束

from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM

IP = '127.0.0.1'
PORT = 8888
ADDRESS = (IP, PORT)
BUFSIZE = 1024
# 1.创建一个服务端对象（AF_INET：IPv4，SOCK_STREAM：sock流）
ser_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 2.绑定服务器的IP地址，端口（）
ser_socket.bind(ADDRESS)
# 3.设置半连接池,限制请求的个数
ser_socket.listen(5)
# 4.等待客户端请求
cli_socket, cli_adrr = ser_socket.accept()
print(cli_socket)
print(cli_adrr)
# 5.收发数据
data = cli_socket.recv(BUFSIZE)
print(data.decode('utf-8'))
cli_socket.send('服务器已接收到数据'.encode('utf-8'))    # 只能以字节类型发送
# 6.关闭与客户端的连接
cli_socket.close()
# 7.关闭服务器(一般不会关闭服务器)
# ser_socket.close()

TCP服务端

from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM

IP = '127.0.0.1'
PORT = 8888
ADDRESS = (IP, PORT)
BUFSIZE = 1024
# 1.创建客户端socket对象
cli_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
# 2.连接服务器
cli_socket.connect(ADDRESS)
# 3.发收数据
cli_socket.send('hello'.encode('utf-8'))  # 只能以字节类型发送
data = cli_socket.recv(BUFSIZE)
print(data.decode('utf-8'))
# 关闭客户端连接
cli_socket.close()

TCP客户端

三、补充

例如：https://www.cnblogs.com/linagcheng/p/9556260.html

（1）https             ：表示服务器协议

（2）www.cnblogs.com             ：表示域名，当访问服务器是，会通过DNS将域名解析为IP地址，然后通过IP地址访问服务器

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（3）/linagcheng/p/9556260.html               ：表示服务器上的文件