TCP学习笔记

最近在想斗鱼弹幕应该如何抓取？然后百度，发现了这篇文章，(弹幕实现技术（后台）)，里面有句“websocket，基于web的socket协议”，心想websocket是啥，好像大学用过，记不清了，百度websocket，就发现了这篇文章，websocket简介，然后里面讲到了“websocket协议是一种双向通信协议，它建立在TCP之上，同HTTP一样通过TCP来传输数据，但是它和HTTP最大的不同有两点。”HTTP是啥，TCP是啥？来，先复习一下TCP吧。

TCP协议，传输控制协议（Transmission Control Protocol），是一种面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层通信协议。

看到这里，想到了TCP/IP参考模型和OSI模型，这篇文章写的特别清楚，TCP/IP四层模型与OSI参考模型。
TCP/IP参考模型：

• 1、链路层（数据链路层/网络接口层）：包括操作系统中的设备驱动程序、计算机中对应的网络接口卡
• 2、网络层：处理分组在网络中的活动，比如分组的选路
• 3、运输层：主要为两台主机上的应用提供端到端的通信
• 4、应用层：负责处理特定的应用程序细节

网络层和运输层的区别：在TCP/IP协议族中，

• 1、网络层IP提供的是一种不可靠的服务。它只是尽可能快地把分组从源节点送到目的节点，但不提供任何可靠性的保证。
• 2、TCP在不可靠的IP层上，提供了一个可靠的运输层，为了提供这种可靠的服务，TCP采用了超时重传、发送端到接收端的确认分组等机制。

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TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤

TCP特点：

• 面向连接
• 基于数据流（字节流）
  
  • TCP缓冲区
  • 以TCP报文段的方式发送
• 可靠传输：
  
  • TCP采用发送应答机制
  • 超时重传
  • 错误校验
  • 流量控制和阻塞管理

建立连接（三次连接）

• 客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的段1
• 服务器端回应客户端，是三次握手中的第2个报文段，同时带ACK标志和SYN标志。它表示对刚才客户端SYN的回应；同时又发送SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯
• 客户端必须再次回应服务器端一个ACK报文，这是报文段3

数据传输

• 客户端发出段4，包含数据
• 服务端发出段5 ，对客户端发送的数据表示确认收到，并向客户端发送数据
• 客户端发出段6，对服务端发送的数据表示确认收到

关闭连接（四次挥手）

• 客户端发出段7，FIN位表示关闭连接的请求
• 服务端发出段8，应答客户端的关闭连接请求
• 服务端发出段9，其中也包含FIN位，向客户端发送关闭连接请求
• 客户端发出段10，应答服务器的关闭连接请求

TCP程序流程

TCP服务器

import socket# TCP协议对应的为SOCK_STREAM流式server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 绑定ip和端口address = ("", 8000)server_sock.bind(address)# 让服务端的socket开启监听，等待客户端的连接请求# listen中的参数表示已经建立连接和半连接的总数server_sock.listen(128)# 使用accept方法接收客户端的连接请求# 如果有新的客户端来连接服务器，就产生一个新的套接字专门为这个客户端服务# client_sock用来为这个客户端服务，与客户端形成一对一的连接# 而server_sock就可以省下来等待其他新客户端的连接请求# client_addr是请求连接的客户端的地址信息，类型为元组，包含用户的ip和端口client_sock, client_addr = server_sock.accept()# recv()方法可以接收客户端发送过来的数据，指明最大收取1024个字节的数据recv_data = client_sock.recv(1024)# python3中收到的数据为bytes类型# 可以通过recv_data.decode()将bytes类型转为str类型print(recv_data.decode())# send()方法向客户端发送数据，要求发送bytes类型的数据client_sock.send("hello client".encode())# 关闭与客户端连接的socket# 只要这个套接字关闭了，就意味着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_sock.close()# 关闭服务端的监听socket# 只要这个套接字关闭了，就意味着整个程序不能再接收任何新的客户端的连接server_sock.close()

TCP客户端

import socket# 创建客户端socket用以跟服务器连接通信# TCP协议对应为SOCK_STREAMclient_sock = socket.socket(socket.AF_INEF, socket.SOCK_STREAM)# connect方法用来连接服务器server_addr = ("127.0.0.1", 8000)client_sock.connect(server_addr)msg = input("请输入要发送的内容")# send()方法向服务器发送数据client_sock.send(msg.encode())# recv()接收对方发送过来的数据，最大接收1024个字节recv_data = client_sock.recv(1024)print(recv_data.decode())# 关闭客户端套接字client_sock.close()

2MSL（Maximum Segment Lifetime）TIME_WAIT状态的存在有两个理由：

• 让4次挥手关闭流程更加可靠；4次挥手的最后一个ACK是由主动关闭方发送出去的，若这个ACK丢失，被动关闭方会再次发一个FIN过来。若主动方能够保持一个2MSL的TIME_WAIT状态，则有更大的机会让丢失的ACK被再次发送出去。
• 防止lost duplicate对后续新建正常链接的传输造成破坏。

为了解决服务器socket可能的2MSL延迟问题，我们可以为服务器socket设置SO_REUSEADDR选项，如下：

# 1表示开启此选项功能，即开启重用地址功能server_sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

TCP长连接和短连接

TCP在真正的读写操作之前，server和client之间必须建立一个连接，当读写操作完成后，双方不再需要这个连接时它们可以释放这个连接，连接的建立通过三次握手，释放则需要四次挥手，所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

短连接的操作步骤是：
建立连接——数据传输——关闭连接….建立连接——数据传输——关闭连接

长连接的操作步骤是：
建立连接——数据传输….（保持连接）……数据传输——关闭连接

TCP长连接和短连接的优缺点以及应用场景：
长连接：

• 优点：可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间
• 缺点：client和server之间的连接如果一直不关闭的话，随着客户端连接越来越多，会造成服务器瘫痪
• 应用场景：数据库的连接

短连接：

• 优点：对于服务器来说管理较为简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段
• 缺点：如果客户端请求频繁，将会在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽
• 应用场景：web网站的HTTP服务一般使用短连接